Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại Lời nói đầu Để xây dựng đất nớc Việt Nam trở thành quốc gia giàu mạnh, văn minh công bằng, cần phải giải nhiệm vụ quan trọng thúc đẩy kinh tế phát triển Giải nhiệm vụ đòi hỏi sản xuất công nghiệp phải phát triển với nhịp độ cao, mà phần lớn sản phẩm công nghiệp đợc tạo thông qua máy công cụ dụng cụ công nghiệp Chất lợng loại máy công cụ ảnh hởng nhiều đến chất lợng sản phẩm, suất, tính đa dạng trình độ kỹ thuật ngành khí nói riêng ngành công nghiệp nói chung Vì vai trò máy công cụ quan trọng kinh tế phát triển nh nớc ta Nó đợc dùng để sản xuất chi tiết máy khác, nghĩa chế tạo t liệu sản xuất nhằm thúc đẩy khí hoá tự động hoá kinh tế quốc dân Với vai trò quan trọng nh việc nắm bắt phơng thức sử dụng nh khả tính toán thiết kế, chế tạo tối u hoá máy cắt kim loại yêu cầu cấp thiết ngời làm công tác kỹ thuật lĩnh vực khí Có nh đạt đợc yêu cầu kỹ thuật, suất trình chế tạo sản phẩm khí nói riêng sản phẩm công nghiệp nói chung Vì lý việc hoàn thành đồ án môn học Thiết kế máy cắt kim loại quan trọng sinh viên ngành khí Qua giúp cho sinh viên nắm bắt đợc bớc tính toán thiết kế máy cắt kim loại bản, ®ång thêi phơc vơ cho viƯc tiÕp cËn thùc tÕ cách dễ dàng công tác, tạo điều kiện cho việc nghiên cứu cải tiến đại hoá máy cắt kim loại Để hoàn thành đồ án môn học này, cố gắng học hỏi làm việc nghiêm túc em có hớng dẫn tận tình PGS TS Nguyễn Phơng số thầy cô môn Máy ma sát học trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Qua em xin cảm ơn thầy cô đà có ý kiến đóng góp giúp em hoàn thành đồ án môn học Tuy em ®· cã sù cè g¾ng rÊt nhiỊu viƯc tham khảo học hỏi để thực đồ án nhng thời gian thực có hạn tài liệu tham khảo hạn chế khó tránh khỏi thiếu xót Em mong muốn đợc bảo thầy cô để em thực tốt lĩnh vực có liên quan sau Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội tháng năm 2003 Sinh viên thực Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại Phần I : Tính toán thiết kế động học Chơng I : Tính toán thiết kế động học hộp tốc độ 1.1 Tính toán thông số thứ t Theo yêu cầu thiết kế ta đà có : ã Số cấp tốc độ Z=23 ã Công bội = 1,26 ã Số vòng quay bé Nmin = 12,5 (vòng/phút) Vì tốc độ máy lập thành cấp số nhân với công bội = 1,26 ta dễ dàng xác định đợc giá trị tốc độ nh sau : n1= nmin = 12,5 (vg/ph) n2 = n1.ϕ = 12,5.1,261 = 15,75 (vg/ph) 2 n3 = n1.ϕ = 12,5.1,26 = 19,845 (vg/ph) 3 n4 = n1.ϕ = 12,5.1,26 = 25,0047 (vg/ph) n5= n1.ϕ4 = 12,5.1,264 = 31,5059 (vg/ph) n6 = n1.ϕ5 =12,5.1,265 = 39,6975 (vg/ph) n7= n1.ϕ6 = 12,5.1,266 = 50,0188 (vg/ph) n8 = n1.ϕ7 = 12,5.1,267 = 63,0237 (vg/ph) n9= n1.ϕ8 = 12,5.1,268 = 79,4098 (vg/ph) 9 n10 = n1.ϕ = 12,5.1,26 = 100,0564 (vg/ph) n11= n1.ϕ10 = 12,5.1,2610 = 126,0711 (vg/ph) n12 = n1.ϕ11 = 12,5.1,2611 = 158,8496 (vg/ph) n13= n1.ϕ12 = 12,5.1,2612 = 200,1504 (vg/ph) n14 = n1.ϕ13 = 12,5.1,2613 = 252,1896 (vg/ph) n15= n1.ϕ14 = 12,5.1,2614 = 317,7588 (vg/ph) n16 = n1.ϕ15 = 12,5.1,2615 = 400,3761 (vg/ph) n17= n1.ϕ16 = 12,5.1,2616 = 504,4739 (vg/ph) n18 = n1.ϕ17 = 12,5.1,2617 = 635,372 (vg/ph) n19= n1.ϕ18 = 12,5.1,2618 = 800,9028 (vg/ph) n20 = n1.ϕ19 = 12,5.1,2619 = 25,0047 (vg/ph) n21= n1.ϕ20 = 12,5.1,2620 = 31,5059 (vg/ph) n22 = n1.ϕ21 = 12,5.1,2621 = 25,0047 (vg/ph) n23= n1.22 = 12,5.1,2622 = 2018,6546 (vg/ph) Từ tính toán ta lập bảng sau : Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại Cấp tốc độ Giá trÞ ( vg/ph) n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 n9 n10 n11 12,5 15,75 19,845 250,047 315,059 396,975 50.0188 63.0237 79.4098 100.0564 126.0711 n12 n13 n14 n15 n16 n17 n18 n19 n20 n21 n22 n23 158.8496 200.1504 252.1896 317.7588 400.3761 540.4739 635.6372 800.9028 1009.1376 1271.5133 1602.1068 2018.6546 1.2 Chọn phơng án không gian tối u : Theo yêu cầu thiết kế số cấp tốc độ Z = 23 thÕ nhng 23 lµ mét sè nguyên tố ta phân tích thành thừa số đợc Hay nói cách khác ta kh«ng thĨ bè trÝ kh«ng gian víi 23 cÊp tèc độ đợc Từ lý nh ta lấy Zảo = 24 trình thiết kế ta làm trùng tốc độ cho cấp tốc độ bị trùng đợc sử dụng phổ biến làm cho tuổi thọ máy tăng lên Với lý luận nh ta cã : Z = 24 = 24.1 =12.2 = 6.2.2 hc Z = 24 = 3.2.2.2 = 2.3.2.2 = 2.2.3.2 = 2.2.2.3 Đến ta lý luận để tìm phơng án không gian tối u Trong hộp tốc độ thông thờng tỷ số truyền đợc giới hạn nh sau : 1/4  i  NÕu ta gäi : imin gh lµ tØ sè trun nhá nhÊt hộp tốc độ x số nhóm truyền tối u dïng hép tèc ®é VËy imin gh = n x = n dc n dc Hay 4x = n NÕu lÊy lg hai vÕ phơng trình ta có : x.lg4 = lgnđc – lgnmin VËy ta cã : x= lg ndc − lg nmin lg Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại Đối với máy tơng tự 1K62 sử dụng động có nđc = 1450 (vg/ph) ta chọn nđc = 1450 (vg/ph) Thay số vào công thức ta có : x= lg 1450 − lg 12,5 = 3,46 ≈ lg Do ®ã ta chän sè nhãm trun x = tối u phơng án không gian tối u đợc chọn bốn phơng án sau : Z = 24 = 3.2.2.2 = 2.3.2.2 = 2.2.3.2 = 2.2.2.3 Đến ta phải lập bảng so sánh để tìm phơng án không gian tối u Phơng án Yếu tố so sánh Tổng số bánh Tổng số trục Chiều dài trục Số bánh chịu mômen xoắn trục cuối Vị trí lắp ly hợp ma sát 3.2.2.2 2.3.2.2 2.2.3.2 2.2.2.3 18 18 18 18 19.b + 18.f 19.b + 18.f 19.b + 18.f 19.b + 18.f 2 Không thuận lợi cho việc lắp ly hợp trục dài Thuận lợi cho việc lắp ly hợp ma sát Lới kết cấu không theo hình rẻ quạt kết cấu cồng kềnh Lắp đợc ly hợp ma sát nhng mômen xoắn trục cuối lớn Từ kết bảng so sánh ta nhận thấy : Phơng án không gian Z = 3.2.2.2 lắp ly hợp ma sát để thực hai đờng truyền thuận nghịch trục thứ dài đồng thời ba bánh lắp lên trục làm cho momen xoắn lớn đĩa ma sát mau mòn ta không chọn phơng án Phơng án Z = 2.2.3.2 không đợc chọn lới kết cấu hình rẻ quạt ®ã kÕt cÊu cđa hép tèc ®é cång kỊnh Ph¬ng án Z = 2.2.2.3 không đợc chọn trục cuối lắp ba bánh có mômen xoắn lớn nhiều so với phơng án khác có trục cuối lắp hai bánh Vậy phơng án lại Z = 2.3.2.2 đợc chọn phơng án không gian tối u từ phần trở sau ta tính toán phơng án mà 1.3 Phân tích phơng án thứ tự Số phơng án thứ tự đợc tính K! ®ã K lµ sè nhãm trun VËy K! = 4! = 1.2.3.4 = 24 Vì có 24 phơng án thø tù cho nªn ta chØ vÏ líi kÕt cÊu phơng án điển hình phơng án khác ta biểu diễn bảng lới kết cấu nhóm sau Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại II I III IV [3] [1] [6] [12] III I II IV [6] [1] [3] [12] IV I II III [12] [1] [3] [6] 2 12 I II IV III [1] [2] [12] [6] 1 12 II I IV III [3] [1] [12] [6] 1 12 III I IV II [6] [1] [12] [3] 12 1 IV I III II [12] [1] [6] [3] 2 12 I III II IV [1] [4] [2] [12] 1 12 II III I IV [2] [4] [1] [12] 1 12 III II I IV [6] [2] [1] [12] 12 1 IV II I III [12] [2] [1] [6] 4 12 II III IV I [2] [4] [12] [1] 2 12 III II IV I [6] [2] [12] [1] Nhãm IV Z= 2x 3x 2x Z= 4 12 I III IV II [1] [4] [12] [2] Z= Nhãm III 2x3x2x2 Nhãm II 2x3x2x2 I II III IV [1] [2] [6] [12] Nhãm I Z= 2x3x2x2 12 2 IV II III I [12] [2] [6] [1] 4 12 I IV II III [1] [8] [2] [4] 4 12 II IV I III [2] [8] [1] [4] 2 12 III IV I II [4] [8] [1] [2] 12 2 IV III I II [12] [4] [1] [2] 88 I IV III II [1] [8] [4] [2] 88 II IV III I [2] [8] [4] [1] 88 III IV II I [4] [8] [2] [1] 12 4 IV III II I [12] [4] [2] [1] 88 88 4 88 12 4 2 1 1.4 VÏ lới kết cấu Dựa vào bảng lới kết cấu nhóm ta chọn ba phơng án điển hình để vẽ lới kết cấu nh hình vẽ sau : Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại I Lưới kết cấu phương án thứ tù Z =2 x x x I II III IV [1] [2] [6] [12] II III IV 12 V 12 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 12 ϕ =1,26 >> L­íi kết cấu phương án thứ tự Z =2 x x x IV I II III [12] [1] [3] [6] I 12 II III IV V 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại Lưới kết cấu phương án thứ tự Z =2 x x x IV I III II [12] [1] [6] [3] I 12 II III IV 3 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 V từ ta tìm đợc phơng án thø tù tèi u lµ : Z= I II III IV [1] [2] [6] [12] Phơng án có lới kết cấu hình rẻ quạt xít lợng mở, tỉ số truyền nhóm truyền thay đổi từ từ đặn làm cho kích thớc hộp nhỏ gọn bố trí cấu truyền động hộp chặt chẽ Thế nhng lới kết cấu phơng ¸n tèi u nhÊt ta còng nhËn thÊy r»ng x max  = 1,2612 = 16 >> hay lỵng mở lớn không đạt yêu cầu xmax Để đạt đợc yêu cầu ta thu gọn líi kÕt cÊu l¹i cho xmax = Hay Z = [1] [2] [6] [6] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 I 2[1] II 3[2] III 2[6] IV 2[6] V I 2[1] II 3[2] III 1[0] IV 19 20 21 22 23 24 V cấp độ trùng Vì lý thu hĐp líi kÕt cÊu nh vËy cho nªn số cấp tốc độ không đủ 24 cấp mà 18 cấp tốc độ ( cấp đà bị trùng ) Để bù lại số cấp tốc độ bị thiếu ta thiết kế thêm tốc độ lới phụ có : Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại Zphụ = [1] [2] [0] ThÕ nhng yêu cầu thiết kế cần có 23 cấp tốc độ mà ta đà lấy Zảo = 24 ta cho trùng cấp tốc độ cụ thể : n18 = n19 = 630 ( vg/ph ) Trong ®ã : n18 lµ cÊp tèc ®é thø 18 cđa ®êng trun tèc ®é thÊp n19 lµ cÊp tèc ®é thứ đờng truyền tốc độ cao đợc thiết kÕ b»ng líi kÕt cÊu phơ Së dÜ ta chon tốc độ trùng 630 ( vg/ph ) tốc độ đợc sử dụng rộng rÃi phổ biến máy sử dụng hai đờng truyền có tác dụng làm tăng tuổi thọ máy 1.5 Vẽ đồ thị vòng quay Từ đồ thị vòng quay cho ta tỷ số truyền truyền từ ta tính toán đợc số bánh hộp tốc độ Thế nhng để vẽ đợc đồ thị vòng quay trớc tiên ta phải xác định đợc số vòng quay trục động lắp máy Đối với máy tơng tự 1K62 sử dụng động có công suất N =10 ( Kw ) số vòng quay n =1450 ( vg/ph ) ta chọn động có công suất số vòng quay nh để tính toán bớc Để truyền động từ trục động lên trục hộp tốc độ ta sử dụng truyền đai Nếu nh sử dụng truyền đai dẹt ta gặp phải khó khăn việc căng đai nối đai nên ta dùng truyền đai thang Điều ta mong muốn truyên có tỷ số truyền cao tốt hay nói cách khác giảm số vòng quay nhiều tốt Thế nhng đặc tính truyền đai thang có yêu cầu góc ôm ta có i đ Giả sử ta chọn iđ = no số vòng quay trục hộp tốc độ đợc tính lµ : n dc 1450 ndc 1450 no = i = = 725(vg / ph) d Để đơn giản việc tính toán nhóm truyền sau ta chọn no giá trị cấp tốc ®é gÇn víi 725 ( vg/ph ) Tõ lý ln ®ã ta chän n o = 800 ( vg/ph ) tỷ số truyền xác truyền đai : iđ = n = 800 = 1,8125 Do trục thứ hộp tốc độ ta phải lắp ly hợp ma sát lòng bánh để thực hiên đờng truyền thuận nghịch để tăng diện tích ma sát đĩa ma sát phải lớn hay nói cách khác bánh phải lớn Vì ta phải tăng tốc ®é tõ trơc thø nhÊt tíi trơc thø hai lµm bánh chủ động có kích thớc lớn để lắp đợc ly hợp Từ tính toán lý luận ta vẽ đợc đồ thị vòng quay nh hình sau Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại 55 50 42 I 54 31 88 22 55 II 35 40 55 66 27 55 IV 88 III 66 77 V 54 55 22 Trục động 42 iđ 54 VI I i1 i2 12 II i3 i5 i4 III i7 i6 IV i8 i9 i11 V i10 12,5 20 16 31,5 25 50 40 80 63 125 100 200 160 315 250 500 400 800 630 1250 1000 2000 1600 VI ( vòng/phút ) Động N = 7,5 Kw n = 1450 vg/ph H×nh : Đồ thị vòng quay sơ đồ động hộp tốc độ 1.6 Tính toán số nhóm truyền Theo nh đồ thị vòng quay đợc thể hình vẽ hộp tốc độ có năm nhóm truyền ta tính toán số nhóm truyền nh sau : Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại 1.6.1 TÝnh to¸n cho nhãm trun I Ta cã i1 = 1 = 1,261 ≈ I f1 = g1 i2 VËy f1 + g1 = + = = 32 i2 = 2 = 1,262 ≈ 11 f2 = g2 i VËy f2 + g2 = 11 + = 18 = 32 NÕu ta gäi K1 lµ béi sè chung nhá nhÊt II tổng fi + gi ta cã : K1 = 32 = 18 Tõ ta tính Emin b ( Do tăng tốc nên bánh lớn đóng vai trò bánh chủ động ) Ta nhận thấy i2 tăng tốc nhiều so víi i1 ®ã ta cã : Emin b = Z ( f + g ) K g Thay sè vµo ta cã : Emin b = 17.18 17 = = 2,425 18.7 VËy ta lấy Emin b = ( Để đờng kính bánh lớn lắp ly hợp ma sát ) Và ta có tổng số truyền : ∑Z1 = K1 Emin b = 18 = 90 Và số cụ thể bánh : f g f 11 g Z1 = f + g K1 E b = 90 = 50 ( ) 1 Z1, = f +1 g K E b = 90 = 40 ( ) 1 Vµ ta cịng cã : Z2 = f +2 g K E b = 18 90 = 55 ( ) 2 Z2 = f +2 g K1 E b = 18 90 = 35 ( ) 2 Kiểm tra tỷ số truyÒn i1 = Z 50 = = 1,25 Z 1, 40 i2 = Z 55 = = 1,571 , Z 35 Vậy tỷ số truyền n»m ph¹m vi cho phÐp ≤i ≤2 1.6.2 TÝnh ®èi víi nhãm trun II II i3 i4 i5 10 III Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại 285 VyA 200 D A 175 370 B Mk = E C VyB 0,37 W1 14 W2 W4 W3 Mx W6 W5 33 Ta sö dụng công thức nhân biểu đồ Vênêxêrin để tính góc xoay t¹i B θ B1 = E J h ∑∫ i =1 M k M x dz = EJ ∑W F i =1 i i Giá trị Wi đợc tính : 14.0,285 = 2;W2 = 14.0,2 = 2,8 9.0,2 W3 = = 0,9;W4 = 25.0,175 = 4,38 33.0,175 58.0,37 W5 = = 2,89;W6 = = 10,73 2 W1 = Và giá trị Fi( zc ) đợc tính lµ : F1 ( Z c ) = 0,287; F2 ( Z c ) = 0,583; F3 ( Z c ) = 0,633 F4 ( Z c ) = 0,866; F5 ( Z c ) = 0,910; F6 ( Z c ) = Víi E.J = 287460 N.m2 thay số vào công thức ta có : B1 = ( 2.0,287 + 2,8.0,583 + 0,9.0,633 + 4,38.0,866 + 2,89.0,910 +10,73.0 ) θ B1 287460 = 0,000032( Rad ) 66 Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại b ) Góc xoay B mặt phẳng xOz Để tính góc xoay B mặt phẳng xOz ta đặt mômen đơn vị Mk = B mặt phẳng Khi biểu đồ mômen mômen đơn vị gây sơ đồ tính toán góc xoay B nh sau : 285 200 VxA A D 175 E 370 B Mk = C VxB 0,37 W1 W2 W4 My W6 W3 W5 36 Ta sư dơng c«ng thøc nhân biểu đồ Vênêxêrin để tính góc xoay B θB2 = E.J h ∑∫ i =1 M k M y dz = EJ ∑W F i =1 i i Giá trị Wi đợc tính : 4.0,285 = 0,57;W2 = 3.0,2 = 0,6 1.0,2 W3 = = 0,1;W4 = 3.0,175 = 0,525 36.0,175 39.0,37 W5 = = 3,15;W6 = = 7,215 2 W1 = Và giá trị Fi( zc ) đợc tính : F1 ( Z c ) = 0,287; F2 ( Z c ) = 0,583; F3 ( Z c ) = 0,532 F4 ( Z c ) = 0,866; F5 ( Z c ) = 0,910; F6 ( Z c ) = Víi E.J = 287460 N.m2 thay số vào công thức ta có : 67 Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại ( 0,57.0,287 + 0,6.0,583 + 0,1.0,532 + 0,525.0,866 + 3,51.0,910 + 7,215.0 ) 287460 = 0,000015( Rad ) θB2 = θB2 VËy gãc xoay toµn phần B : 2 B = θ B1 + θ B = 0,000032 + 0,000015 = 0,000035( Rad ) ThÕ mµ gãc xoay cho phÐp lµ : [θ] = 0,001 ( Rad ) Vậy trục thoả mÃn yêu cầu góc xoay nhỏ góc xoay cho phép Từ kết tính toán ta rút kết luận trục máy thoả mÃn yêu cầu độ cứng vững Chơng II Tính toán thiết kế truyền đai thang Nh lý luận ta đà chọn động theo máy tơng tự 1K62 với công suất : N = 10 kw số vòng quay n =1450 vg/ph ta có mômen xoắn trục động : N dc 10 T1 = 9,55.106 n = 9,55.10 1450 = 65862( N mm) dc Bộ truyền đai có bánh chủ động đợc lắp đầu trục động bánh bị động lắp đầu trục I hộp tốc độ Theo tính toán phần truyền đai có tỷ số truyền : iđ = 1,8125 Vì bánh chủ động lắp trục động số vòng quay trụcdẫn n1 = n®c = 1450 ( vg/ph ) 68 Đồ án môn học thiết kế máy cắt kim loại Góc nghiêng đờng nối tâm truyền 90o kích thớc máy nhỏ gọn theo mặt phẳng vuông góc với trục Từ liệu cho nh ta tính toán thiết kế truyền ®ai thang theo tr×nh tù nh sau : 2.1 Chän loại tiết diện đai Với T1 = 65862 ( N.mm) = 65,8 ( N.m )tra bảng 13.5 sách Chi tiết m¸y tËp II ( CTM ) ta sÏ cã ký hiệu tiết diện đai thang đờng kính nhỏ bánh đai chủ động d1 = 125 ( mm ) 2.2 Định đờng kính bánh đai Ta có đờng kính bánh đai nhỏ đợc tÝnh lµ d1 =1,2 d1 víi d1 = 125 ( mm ) VËy d1 = 1,2 125 = 150 ( mm ) Theo tiªu chuÈn ta lÊy d1 = 150 ( mm ) Ta cã ®êng kÝnh bánh đai lớn đợc tính d2 = iđ d1 (1-) Đối với đai sợi xếp ta lấy = 0,02 VËy: d2 = 1,8125.150 (1- 0.02) = 266,4 (mm) Ta lÊy d2 = 265 (mm) d1 VËy sè vòng quay thực bánh bị dẫn đợc tính n'2 = (1- ξ).n1 d n'2 = (1- 0,02).1450 150 265 = 804,33 (vg/ph) Và sai số vòng quay đợc tính : n2 = ' n2 n2 n2 100% = 804,33 − 800 800 100% = 0,54%