Đồ án Thiết kế máy công cụ (Đại học Bách Khoa)

Chương 1 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC HỘP TỐC ĐỘ MÁY TIỆN 1.1 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 ( nên ta có: n1 = nmin (vg/ph) n2 = n1. ( n3 = n2. ( = n1. (2 ................... ( nz = n1. ( (
Ta chọn ( = 1,26 theo tiêu chuẩn. 1.2 Tính dãy tốc độ theo lý thuyết Với ( =1,26; n = 12,5 ( 2000 (vòng/ phút) ta có dãy tốc độ tiêu chuẩn của hộp sau: Bảng 1-1 TT 

tính (vg/phút) 
  1 
 12,5  12.5   2 
 15,75  16   3 
 19,85  20   4 
 25,01  25   5 
 31,51  31,5   6 
 39,70  40   7 
 50,02  50   8 
 63,02  63   9 
 79,41  80   10 
 100,1  100   11 
 126,07  125   12 
 158,85  160   13 
 200,15  200   14 
 252,19  250   15 
 317,76  315   16 
 400,38  400   17 
 504,47  500   18 
 635,64  630   19 
 800,9  800   20 
 1009,14  1000   21 
 1271,51  1250   22 
 1602,11  1600   23 
 2018,65  2000   1.3 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 =  =  (
( x = 3,43 ( 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 1.4 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. Công thức xác định chiều dài sơ bộ của hộp tốc độ như sau:
- 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: Bảng 1-2 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   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. 1.5 Tính toán chọn phương án thứ tự: Với PAKG : Z = 2 x 3 x 2 x 2 Ta thấy số nhóm truyến là 4 ( số phương án thứ tự là 4! = 24. Để chọn phương án ta lập bảng so sánh để chọn phương án thứ tư tối ưu. Ta có bảng so sánh lưới kết cấu như sau: Bảng 1-3 STT  PATT  Lưới kết cấu nhóm  Lượng mở cực đại 
  1  2  3  4  5   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 
  1  2  3  4  5   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 
  1  2  3  4  5   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 
  1  2  3  4  5   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 ( > 8 không thỏa mãn điều kiện  ( ( ( 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 ( nhỏ nhất là ( = 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:
 Hình 1.1 + 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:
 Hình 1.2 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 như sau :  PATT I II III IV [1] [2] [6] [12] Để đảm bảo ( ( 8 ta phải thu hẹp lượng mở tối đa từ ( = 12 xuống ( = 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 ( = 12 xuống ( = 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. - Do tốc độ n = n = 630 (vòng/phút), đây là tốc độ cắt rất hay dùng trong thực tế. Do có n = n, ta có thể dùng hoặc đường truyền tốc độ thấp hoặc đường truyền tốc độ cao để đạt được tốc độ này. Vì vậy, trong trường hợp có một trong hai đường truyền gặp sự cố ta có thể dùng đường truyền kia để thay thế, do đó làm tăng được tuổi thọ của máy. Ta có lưới kết cấu như sau:
Hình 1.3 1.6 Vẽ đồ thị vòng quay: - Ta có giới hạn tỷ số truyền trong hộp tốc độ:
. Với ( =1,26 thì để tỷ số truyền đảm bảo điều kiện thì:
( khi giảm tốc lượng mở tối đa phải nhỏ hơn 6. Tương tự khi tăng tốc lượng mở tối đa cần đảm bảo:
( khi tăng tốc lượng mở tối đa phải nhỏ hơn 3. - Chọn số vòng quay động cơ: chọn n = 1450 vg/phút. Do giá tị của n nằm giữa hai giá trị tốc độ 1250 vòng/phút và 1450 vòng/phút nên có giá trị như hình vẽ. Mặt khác, để truyền động từ trục của động cơ lên trục đầu tiên của hộp tốc độ ta dùng bộ truyền đai thang nhằm tránh khó khăn trong việc căng đai nếu dùng đai dẹt, nhưng khi dùng đai thang thì đảm bảo góc ôm của bộ truyền đai nằm trong phạm vi cho phép. Tham khảo máy tương tự ta chọn: n = n = 800,9 vg/phút. - Do trên trục thứ nhất của hộp tốc độ ta phải lắp ly hợp ma sát trong lòng các bánh răng để thực hiện đường truyền thuận và nghịch cho nên để tăng diện tích ma sát thì đĩa ma sát phải lớn, làm cho bánh răng phải lớn theo. Vì vậy, ta phải tăng tốc độ từ trục thứ nhất tới trục thứ hai làm bánh răng chủ động có kích lớn để lắp được ly hợp. Từ những nhận xét trên ta vẽ được đồ thị vòng quay của máy như sau:
Hình 1-4 1.7 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 (
Chọn E = 5 (
( răng ) (
(
- Tính số răng của nhóm truyền thứ hai Ta có:


Ta có bội số chung nhỏ nhất của các tổng f + g là: K= 108. Chọn
(
Chọn E = 1(
( răng ) (
(
(
- 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
(
Chọn E = 11 (
( răng ) (
(
- 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
(
Chọn E = 11 (
( răng ) (
(
- 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 (
Chọn E = 27 (
( 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 (
Chọn E = 6 (
( răng )
Từ số liệu tính toán trên ta có bảng thống kê như sau: Bảng 1-4 Tỷ số truyền  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  











  1.8 Vẽ sơ đồ động hộp tốc độ:
Hình 1-5 1.9 Tính sai số vòng quay - Ta có phương trình xích động như sau:
Trong đó: n = 1440 vòng/phút.
Dựa vào máy tương tự ta chọn:
( 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 ( . n - số vòng quay trục chính tính theo phương trình xích động. Sai số
Bảng 1 -5 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:
Hình 1- 4 Từ đồ thị sai số vòng quay ta thấy
nằm trong phạm vi cho phép nên khôngphải tính lại các tỷ số truyền. Chương 2 THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC HỘP CHẠY DAO MÁY TIỆN 2.1 Liệt kê các bước ren tiêu chuẩn của bốn loại ren yêu cầu. Theo yêu cầu thiết kế thì ta phải cắt các nhóm ren như sau : - Ren quốc tế với bước ren tp = 1 ( 192 ( mm ). - Ren Anh với số vòng ren trên một tấc Anh K = 24 ( 2 (ren/inch). - Ren môđuyn với m = 0,5 ( 48 - Ren Pit với số môđuyn trên một tấc Anh Dp = 96 ( 1 Tra bảng ren tiêu chuẩn ta có giá trị của các thông số ứng với các nhóm ren cần cắt như sau : - 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 = (.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. 2.2 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. 2.3 Sắp sếp bảng ren: Với giá trị các thông số tương ứng của bốn nhóm ren cần cắt ở trên ta sẽ đi sắp xếp để tạo thành nhóm cơ sở và nhóm gấp bội để từ đó đi tính toán thiết kế các nhóm này. Bảng sắp xếp ren được trình bày trong bốn bảng dưới đây. a. Bảng ren quốc tế: t = 1 ( 192 (mm) bảng 2-1 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 Bảng 2-2 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 Bảng 2-3 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 Bảng 2-4 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 Vậy cơ cấu nootong có 6 bánh răng là Z1 : Z2 : Z3 : Z5 : Z6 : Z7 : Z8 = 28 : 32 : 36 : 40 : 44 : 48 2.4 Kiểm tra nhóm khếch đại Với kết quả tính toán được ở trên và dựa vào sơ đồ động hộp tốc độ trên hình 1-3, ta có con đường truyền để cắt ren khếch đại như sau : 1 vgtc (VI) .

Dựa vào đường truyền được biểu diễn ở trên ta có thể tính được các tỷ số truyền khếch đại như sau : i1 =
; i2 =
i3 =
; i4 =
Vì i2 = i3 = 8 do đó ta chỉ còn có ba tỷ số truyền khếch đại là 2, 8, 32
Hình 2.1 2.5 Tính toán thiết kế nhóm gấp bội Nhóm gấp bội phải tạo ra 4 tỷ số truyền với ( = 2, nhưng trị số cụ thể sẽ phụ thuộc vào việc ta chọn cột nào trong bảng xếp ren làm nhóm cơ sở. Ở đây ta 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: Bảng 2-5 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: Từ bảng trên ta dễ dàng nhận thấy rằng phương án không gian Z = 4 . 1 là không tối ưu so với phương án Z = 2 . 2 vì trên một trục ta phải lắp 5 bánh răng thay vì chỉ lắp có 4 bánh do vậy mà trục sẽ phải dài ra, độ võng của trục sẽ lớn nên, độ cứng vững sẽ giảm đi. Như vậy ta chọn phương án không gian là Z = 4 = 2 . 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: Bảng 2-6 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



Hình 2.2 Hình 2.3 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:
Hình 2.4 Kiểm tra lại các tỉ số truyền: Ta có :



Vậy với đồ thị vòng quay như trên ta sẽ có bốn tỷ số truyền của nhóm gấp bội đúng như yêu cầu ở trên.