Thiết kế động lực học toàn máy bao gồm các phần tính công suất động cơ điện, tính truyền động đai, tính sức bền của chi tiết máy và các cơ cấu đặc biệt .Có nhiều cách xác định ché độ cắt kim loại khác nhau nh :chế độ cắt gọt cực đại,chế
độ cắt tính toán và chế độ cắt gọt thử máy của các máy vạn năng thông dụng.
Để tính động lực học cho toàn máy,ta chọn chế độ cắt gọt theo chế độ thử máy của máy T620.
V
PX Y
P
P
Z
1. Xác định lực cắt và lực chạy P
dao
Sơ đồ đặt lực trên cơ cấu chấp hành.
Công thức xác định : Pz=C.tx.St
Py= C.tx.St Pz= C.tx.St Trong đó:
- C: là hệ số kể đến sự ảnh h- ởng của tính chất vật liệu gia công.
- t: chiều sâu cắt.
- S: lợng chạy dao.
+ Thử tải chi tiết có φ =115;
L = 2000;
VL thÐp 45 cã HB = 207 ; n = 40v/p;
S = 1,4 mm/v ; t = 6 mm.
Tra bảng II.1 (gt TTTKMC) ta tra đợc các hệ số x, y tơng ứng với mỗi Px, Py, Pz từ đó tính đợc các lực thành phần:
Pz = C . tx . St = 2000 . 61 . 1,40,75 = 15445 N Py = C . tx . St = 1250 . 60,9. 1,40,75 = 8069 N Pz = C . tx . St = 650 . 61,2 . 1,40,65 = 6945 N
+ Đối với thử công suất: φ70 ; L = 350; thép 45; dao T15K6; n = 400v/p;
S = 0,39 mm/v ; t = 5mm ⇒ Ta cã :
Pz = C. tx . St = 2000 . 51 . 0,390,75 = 4935 N.
Py = C . tx . St = 1250 . 50,9. 0,390,75 = 2626 N.
Pz = C . tx . St = 650 . 51,2 . 0,390,65 = 2431 N.
* Tính lực chạy dao theo công thức kinh nghiệm ta có : Q = K . Px + f (Pz+G).
trong đó :
K = 1,15 ; f = 0,15 ÷ 0,18 ⇒ lÊy f = 0,16
G: trọng lợng phần dịch chuyển, lấy G = 2500 N.
Theo chế độ thử tải Px = 6945 N ; Pz = 15445 N
VËy : Q = 1,15.6945 + 0,16.(15445 + 2500) = 10858 N
* Tính mômen xoắn động cơ:
Mômen xoắn động cơ cân bằng với mômen xoắn do lực cắt gây ra và mômen xoắn ma sát trong các cặp truyền động : Mx®/c = io.MPc + ∑Mxms.ik hay Mx®/c = MPc.io/η.
Trong đó :
io: tỉ số truyền tổng cộng của xích.
ik: tỉ số truyền từ cặp có Mxms tới trục chính.
η: hiệu suất của xích.
MPc: mômen xoắn do lực cắt gây ra, có MPc=Pz.d/2.
- Khi quá tải : MPc =
2 .115
15445 = 888030 Nmm
Mx®/c = 8880300,75 .144040 = 32663 Nmm - Khi thử công suất :
MPc =
2 .70
4935 = 172725 Nmm Mx®/c = 1727250,75 .1440400 = 63531 Nmm 2. Tính chọn công suất động cơ
* Công suất động cơ dợc tính theo công thức: Nđc = Nc + No + Np
trong đó :
Nc: là công suất cắt
No: công suất chạy không
Np: công suất phụ tiêu hao do hiệu suất và các nguyên nhân ngẫu nhiên sinh ra
+ Tính công suất cắt Nc = 60.102Pz.v.9,81 trong đó : Pz: là lực cắt
v : là vận tốc cắt theo chế độ cắt thử ,ta có Pz = 4935 N; n
= 400 v/p; d = 70 ⇒ v = =
1000 . .dn
π 87,96 m/p
VËy : Nc =60.102Pz.v.9,81 = 604935.102.87.9,,9681= 7,23 kW
Thờng Nc chiếm khoảng 70 ữ 80% Nđc nên ta tính gần đúng công suất động cơ theo công thức : dc ηc
N = N ,víi η = 0,75.
⇒ N®c = 7,23/0,75 = 9,64 kW
+ Tính công suất chạy không:
Theo công thức : No =10 .( . . )
1 6
tc tb m
n K n
d K
+
∑ trong đó :
Km: hệ số phụ thuộc chất lợng chế tạo chi tiết và điều kiện bôi trơn
dtb: đờng kính trung bình của tất cả các ngõng trục
∑n: tổng số vòng quay các trục
K1: hệ số tổn thất riêng tại trục chính ,lấy K1=1,5 ntc : số vòng quay của trục chính.
+ Tính công suất phụ:
Theo công thức : Np = Nđc.∑ik(1-η) trong đó:
ηk: là hiệu suất các bộ truyền cùng loại.
ik : là số lợng bộ truyền cùng loại.
VËy ta cã :
N®c = 1 (1 )
1
k k
k o c
i N N
η
−
− +
∑ = 9,64 kW , từ đó ta có thể chọn động cơ nh sau :
N®c=10 kW ; n=1450 v/p.
+ Xác định công suất chạy dao:
Tính theo tỷ lệ công suất động cơ chính
NđcS=K.Nđc ,với máy tiện lấy K=0,04 ta tính đợc:
N®cS=0,04.9,64=0,39 Kw Tính theo lực chạy dao N®cS = 612.104.. .9,81
cd
vs
Q η
vs:là tốc độ dao theo chế độ thử tải vs = 1,4.400 mm/p ηcd:hiệu suất truyền dẫn cơ cấu chạy dao,ta có ηcd = 0,2
⇒ Lập bảng tính sơ bộ đờng kính trục Công thức tính : nt=nmin.4
min max
n
n (v/p) Ntrôc=Ndc.ηi
Ta có: ηbr=0,98 ; ηô=0,995 ; ηtc=0,88.
MXtÝnh=716.200.Ntrôc/nt.
Trôc nmin nmax ntinh MXtinh Ntruc dsb dchon
I 1450 1450 1450 10 4959 24,7 25
II 800 800 800 9,87 17696 30,01 30
III 1000 1250 1057 9,6 6505 27,12 30
IV 400 1250 514 9,36 12501 33,8 35
V 100 1250 188 9,08 34591 47,34 50
VI 25 1250 67 8,81 95602 66,44 70
VII 12,5 2000 40 8,6 13998
5 75,44 80
3.Tính sức bền chi tiết máy
a.Tính sức bền cặp bánh răng 36/36 của trục noóctông
Trong máy cắt kim loại, việc tính toán động học của bánh răng là xác định môđun (m). Tính theo sức bền uốn và kiểm tra theo sức bền tiếp xúc.
*Tính m theo sức bền uốn:
mu = 10 . 3 Z.ϕ1950.y.[ ]σu .
n kN
Víi:
N: công suất trên trục
n: số vòng quay nhỏ nhất của bánh răng (bánh nhỏ) (v/p) ϕ =
m
B = 6 ÷ 10 ⇒ lÊy ϕ = 6 k: hệ số tải trọng, lấy k = 1,3
y: hệ số dạng răng, tra sách Chi tiết máy y = 3,75 Z: sè r¨ng (Z = 36)
[σu] =
F HL FL F
S K K .
lim. σ 0
.Chọn vật liệu là thép 45, theo sách Chi tiết máy cã:
σF0lim = 1,8 . HB = 324 (độ rắn bề mặt sau nhiệt luyện bằng 170 ữ 217 HB, lấy HB = 180).
KFL = 1 KHL = 0,8 SF = 1,75
thay vào ⇒ [σu] = 148,1 (N/cm2)
Từ đó thay vào công thức tính môđun theo uốn:
mu = 10 . 3
1 , 148 . 75 , 3 . 6 . 36
1950 .
126 77 , 6 . 3 ,
1 ≈ 1,77 ⇒ theo tiêu chuẩn lấy m = 2.
* Kiểm nghiệm theo sức bền tiếp xúc:
Theo sách Chi tiết máy có công thức:
σtx = ZM . ZH . Zε .
) . . (
) 1 .(
. . 2
2 1 1
dω
i B
i K
T H +
Tra bảng có
ZM = 274 (MPa1/3) ZH =
α 2 sin
2 = 0
20 . 2 sin
2 ≈ 1,7639
εα=
+
−
2 1
1 . 1
2 , 3 88 ,
1 Z Z =
−
36 . 2 2 , 3 88 ,
1 = 1,702
Zε =
εα
1 =
702 , 1
1 ≈ 0,766
Mômen xoắn T1 = 1714,5 (Nm) KHβ = 1,15
KHα = 1,13 ⇒ KH = KHβ . KHα . KHV = 1,3
KHV = 1
Tỉ số truyền i = 1
Chiều rộng bánh răng B = 6 . m = 6 . 2 = 12 dω1 =
2
m(Z + Z’) = 72
⇒ Thay vào công thức trên đợc:
σtx = 140,152 (N/cm2)
[σtx ] đợc tính theo công thức [σtx] =
n B
N K i
Ai .
. . ) 1 ( 10 . 05 ,
1 6 ± 3
A: là khoảng cách trục A=dω1 =
2
m(Z + Z’) = 72 mm
Các giá trị khác nh trên. Thay vào công thức ⇒ [σtx ] = 795,1 (N/cm2)
Do đó: σtx < [σtx] nên cặp bánh răng đủ bền.
b. TÝnh trôc chÝnh:
* Xác định đờng tính trục: d = 58
Ta thấy lực tác dụng lên trục qua cặp bánh răng 35/70 do đó lực vòng:
Qt = 2083,9( )
70 . 2 145874 .
2 .
2 . 145874
2 N
Z m d
Mx
=
=
=
+ Lùc híng t©m:
Qr = 2083,9 . tg200 = 758,48 (N) + Lực tổng hợp:
Q = Pt2 +Pr2 = 2083,92 +758,482 =2217,6(N)
Đối với lực cắt ở trên chi tiết đã đợc tính ở phần trớc. Căn cứ vào máy T620 đã có. Ta chọn chiều dài trục và các vị trí bảng xếp răng nh máy T620.
*Xác định các phản lực:
+ ΣMA (Fz) = Qr . 0,47 - RBz . 0,64 + Pz . 1,095 = 0
⇒ RBz = 12439,5( )
64 , 0
095 , 1 . 6945 47
, 0 . 48 , 758 64
, 0
095 , 1 . 47 , 0
. P N
Qr z
+ = + =
Σ Fz = Qr + RAz - RBz + Pz = 0
⇒ RAz = - Qr - Pz + RBz = -758,48 - 6945 + 5049,1 = -2655 (N) RAz đúng theo chiều hình vẽ.
ΣMA (Fx) = Qt . 0,47 - RBx . 0,64 + Px . 1,095 = 0
⇒ RBx = 24893( )
64 , 0
095 , 1 . 15444 47
, 0 . 9 , 2083 64
, 0
095 , 1 . 47 , 0
. P N
Qt x
− + =
+ =
Vậy RBx ngợc chiều hình vẽ.
Σ Fx = Qt - RAx + RBx - Px = 0
⇒ RAx = 2083,9 + 24893 - 15444 = 11533 (N)
Từ các phản lực ta vẽ đợc biểu đồ mômen trên trục chính. (ở trang bên)
Căn cứ vào biểu đồ mômen ta thấy tại vị trí đặt bánh răng mômen là lớn nhất. Do vậy ta tính đờng kính cho trục tại vị trí
đó.
d = 2,17 . [ ]
( )
3
4 1
2
2 2 1
1
1
. . ).
1 .(
−
+ +
+
−
−
n
M C K M
C
K x
t u
ξ σ σ τ σ
σ
Trong đó ξ = d0/d = 1/2 (Theo 1K62) C2 = ϕ = 0,5 (gia công thô)
Kτ = Kσ = 2
σ-1 = 0,4 σ0 = 0,4 . 60 . 107 = 24 . 107 (N/m2) στ = 36 . 107 (N/m2)
→σ-1/στ = 0,8 và n = 2
Mu = 1 154200,,55 3613,67( )
1
max Nm
C Mu
+ = + =
Mx = 1 116920,5 1128( )
2
max Nm
C Mx
+ = + =
Thay vào công thức trên ta có:
d = 2,17 .
[ ] [( ) ]
3 4 7
2 2
2 10 . 24 2 1 1
1128 . 1 8 , 0 67 , 3613 . 5 , 1 . 2
−
+ +
=0,10006 (m) = 100,06 (mm)
Để tiêu chuẩn hoá và chọn ổ, tăng độ cứng vững ta chọn: d = 100 (mm)
* Tính độ võng:
y= ( )
−
−
−
+ M al
l l b b a P l
a a
EJ P. 0,5. . . ..1 p. . 3
1
2 2 2
2
1 ≤ 0,3 = [ ]y
Trong đó:
E = 2.104 (Kg/cm2)
J = 0,05 . d4 .(1-η4) = 0,5 . 0,72 (1-0,344) = 2,4 . 10-2 D : Đờng kính tại vị trí nhỏ nhất. D = 70 (mm) Thay sè:
y = − − ( − ) −64.45,5.673,6 64
5 , 47 45 64 . 47 . 21964 . 5 , 0 5 , 109 . 5 , 45 . 10 4935 . 4 , 2 . 10 . 2 . 3
1 2
2 4
= 0,22 < [ ]y
Vậy trục chính đảm bảo đủ bền.
* TÝnh gãc xoay:
θ = ( )
− 22 − 2 − 2
2 2 1 2
1
1. . 0,5. . . .
3
1 l a Ml
l P a P l
l EJ P
= − − .(64 −47 )−6376.64 64
.47 21964 . 5 , 0 5 , 45 . 64 . 10 4935 . 4 , 2 . 10 . 2 . 3
1 2 2
2 4
= 0,00064 < [θ] = 0,001
* Chọn ổ: Theo bảng P28 (GOST)
Căn cứ vào vòng bi đỡ ổ trục chính ta chọn nh sau:
- ổ trớc: Bi đỡ trụ 2220A có
D =180 d =100 B =34 C =135 Co =111 - ổ sau: Bi đỡ chặn 46215A có:
D =135 d =75 B =20 C =61,5 Co =54,8
c. TÝnh trôc trung gian:
Tính trục XIV là trục trung gian trong nhóm gấp bội 3 bánh răng cố định Z1 = 15, Z2 = 35, Z3 = 45 và là trực tâm cho bánh răng Z = 28 quay lồng không.
+ Tính sơ bộ chiều dài trục : Chiều rộng bánh răng b = 25 mm Khe hở f1 = ( 2 ữ 3 ) mm. Lấy f1 = 2 Miếng gạt f2 = (8 ữ 12) mm. Lấy f2 = 11 Rãnh thoát dao f3 = (4 ữ 6) mm. Lấy f3 = 11
⇒ L = 8b + 7.f1 + f2 + 2.f3 =8.25 + 7.2 + 2.6 = 237 mm +Tính ngoại lực tác dụng lên trục và các chi tiết trên trục - Công suất trên trục : N = 6.31 (kW)
- Số vòng quay trục: n1 = 118,5 (v/p)
- Mô men xoắn trên trục: Mxt =3380,8 (Nm) TÝnh cho igb =
8 1 45 .18 48
15 = trong đó bánh Z = 45 là bị động, bánh Z = 15 là chủ động.
Lực tác dụng:
P1 = 2 2.33802.45,8
1
=
cs x
d
M = 75,1 (N)
Pr1 = p1 . tgα = 75,1 . tg200 = 27,3 (N)