TRẦN QUỐC HÙNG THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI (Lưu hành nội bộ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY TRẦN QUỐC HÙNG THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI (Lưu hành nội bộ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY MỤC LỤC Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI Trang 1.1 Các tiêu máy cắt kim loại 1.1.1 Độ xác máy 1.1.2 Độ cứng vững máy 1.1.3 Độ tin cậy tuổi thọ máy 1.1.4 Độ bền độ mòn máy 1.1.5 Độ dao động ảnh hưởng nhiệt 5 10 1.2 Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại 1.2.1 Phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt lượng chạy dao 1.2.2 Chuỗi số vòng quay 1.2.3 Xác định thông số động học 1.2.4 Xác định công suất động 10 11 14 19 23 Chương 2: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ 27 2.1 Khái niệm 27 2.2 Thiết kế hộp tốc độ dùng cấu bánh di trượt 2.2.1 Chọn phương án không gian 2.2.2 Xác định tỉ số truyền hộp tốc độ Mối quan hệ tỉ số truyền nhóm bánh di trượt Phương án thay đổi thứ tự Lưới kết cấu Đồ thị số vòng quay 2.2.3 Xác định số bánh 2.2.3.1 Phương pháp tính toán 2.2.3.2 Phương pháp tra bảng 2.2.4 Sơ đồ động sơ đồ truyền lực 2.2.5 Kiểm tra sai số vòng quay 27 30 31 31 33 33 36 55 53 61 67 69 2.3 Thiết kế loại hộp tốc độ khác 2.3.1 Hộp tốc độ puli – đai truyền 2.3.2 Hộp tốc độ bánh thay 2.3.3 Hộp tốc độ dùng cấu phản hồi 2.3.4 Hộp tốc độ có bánh dùng chung 2.3.5 Hộp tốc độ dùng động nhiều cấp tốc độ 2.3.6 Hộp tốc độ có chuỗi số vòng quay hỗn hợp 71 71 73 78 81 85 89 Chương 3: THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO 95 3.1 Khái niệm 3.1.1 Đặc điểm 3.1.2 Yêu cầu 95 95 95 3.2 Phương pháp thiết kế hộp chạy dao thường 96 3.3 Phương pháp thiết kế hộp chạy dao xác 3.3.1 Sắp xếp bước ren thành bảng 3.3.2 Thiết kế nhóm sở 3.3.2.1 Nhóm sở dùng cấu Norton 3.3.2.2 Nhóm sở dùng cấu bánh di trượt 3.3.3 Thiết kế nhóm gấp bội 3.3.3.1 Nhóm gấp bội dùng cấu bánh di trượt 3.3.3.2 Nhóm gấp bội dùng cấu Mêan 3.3.3.3 Nhóm gấp bội dùng cấu then kéo 3.3.4 Thiết kế nhóm truyền động bù 3.3.5 Kiểm tra sai số bước ren 3.3.6 Thí dụ thiết kế hộp chạy dao xác 100 101 102 102 105 107 107 109 111 112 114 114 Chương 4: THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH VÀ Ổ TRỤC 129 4.1 Thiết kế trục 4.1.1 Yêu cầu trục 4.1.2 Kết cấu trục 4.1.3 Vật liệu trục 4.1.4 Tính toán trục 129 129 130 131 131 4.2 Thiết kế ổ trục 4.2.1 Yêu cầu ổ trục 4.2.2 Thiết kế ổ trượt 4.2.3 Thiết kế ổ lăn 141 141 142 149 Chương 5: THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯT 156 5.1 Thiết kế thân máy 5.1.1 Yêu cầu thân máy 5.1.2 Kết cấu thân máy 5.1.3 Vật liệu thân máy 5.1.4 Tính toán thân máy 156 156 156 160 161 5.2 Thiết kế sống trượt 5.2.1 Yêu cầu sống trượt 169 169 5.2.2 Kết cấu sống trượt 5.2.3 Điều chỉnh sống trượt 5.2.4 Bảo vệ bôi trơn sống trượt 5.2.5 Vật liệu sống trượt 5.2.6 Tính toán sống trượt 169 171 173 175 176 5.3 Thiết kế sống lăn 5.3.1 Kết cấu sống lăn 5.3.2 Tính toán sống lăn 181 181 184 Chương : CƠ CẤU MÁY 186 6.1 Cơ cấu chuyển động thẳng 6.1.1 Cơ cấu bánh - 6.1.2 Cơ cấu trục vít - 6.1.3 Cơ cấu vít me - đai ốc trượt 6.1.4 Cơ cấu vít me - đai ốc bi 6.1.5 Cơ cấu vi động 186 186 189 191 198 200 6.2 Cơ cấu chuyển động không liên tục 6.2.1 Cơ cấu bánh cóc - cóc 6.2.2 Ly hợp chiều 6.2.3 Cơ cấu Maltit 202 202 204 205 6.3 Cơ cấu đảo chiều 6.3.1 Yêu cầu 6.3.2 Cơ cấu đảo chiều khí 6.3.3 Cơ cấu đảo chiều điện 6.3.4 Cơ cấu đảo chiều thủy lực 6.3.5 Tính mômen đảo chiều 208 208 209 214 214 215 6.4 Hệ thống điều khiển 6.4.1 Chức yêu cầu 6.4.2 Các phần tử hệ thống điều khiển 6.4.3 Các cấu điều khiển khí 6.4.3.1 Hệ thống điều khiển riêng rẽ Cơ cấu qụat – Cơ cấu ngàm gạt Cơ cấu vít me – đai ốc 6.4.3.2 Hệ thống điều khiển tập trung Hệ thống điều khiển tay gạt Hệ thống điều khiển dùng cam thùng Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu 216 216 218 221 222 222 224 225 225 225 227 229 TRẦN QUỐC HÙNG THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI (Lưu hành nội bộ) TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY MỤC LỤC Chương 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI Trang 1.1 Các tiêu máy cắt kim loại 1.1.1 Độ xác máy 1.1.2 Độ cứng vững máy 1.1.3 Độ tin cậy tuổi thọ máy 1.1.4 Độ bền độ mòn máy 1.1.5 Độ dao động ảnh hưởng nhiệt 5 10 1.2 Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại 1.2.1 Phạm vi điều chỉnh vận tốc cắt lượng chạy dao 1.2.2 Chuỗi số vòng quay 1.2.3 Xác định thông số động học 1.2.4 Xác định công suất động 10 11 14 19 23 Chương 2: THIẾT KẾ HỘP TỐC ĐỘ 27 2.1 Khái niệm 27 2.2 Thiết kế hộp tốc độ dùng cấu bánh di trượt 2.2.1 Chọn phương án không gian 2.2.2 Xác định tỉ số truyền hộp tốc độ Mối quan hệ tỉ số truyền nhóm bánh di trượt Phương án thay đổi thứ tự Lưới kết cấu Đồ thị số vòng quay 2.2.3 Xác định số bánh 2.2.3.1 Phương pháp tính toán 2.2.3.2 Phương pháp tra bảng 2.2.4 Sơ đồ động sơ đồ truyền lực 2.2.5 Kiểm tra sai số vòng quay 27 30 31 31 33 33 36 55 53 61 67 69 2.3 Thiết kế loại hộp tốc độ khác 2.3.1 Hộp tốc độ puli – đai truyền 2.3.2 Hộp tốc độ bánh thay 2.3.3 Hộp tốc độ dùng cấu phản hồi 2.3.4 Hộp tốc độ có bánh dùng chung 2.3.5 Hộp tốc độ dùng động nhiều cấp tốc độ 2.3.6 Hộp tốc độ có chuỗi số vòng quay hỗn hợp 71 71 73 78 81 85 89 Chương 3: THIẾT KẾ HỘP CHẠY DAO 95 3.1 Khái niệm 3.1.1 Đặc điểm 3.1.2 Yêu cầu 95 95 95 3.2 Phương pháp thiết kế hộp chạy dao thường 96 3.3 Phương pháp thiết kế hộp chạy dao xác 3.3.1 Sắp xếp bước ren thành bảng 3.3.2 Thiết kế nhóm sở 3.3.2.1 Nhóm sở dùng cấu Norton 3.3.2.2 Nhóm sở dùng cấu bánh di trượt 3.3.3 Thiết kế nhóm gấp bội 3.3.3.1 Nhóm gấp bội dùng cấu bánh di trượt 3.3.3.2 Nhóm gấp bội dùng cấu Mêan 3.3.3.3 Nhóm gấp bội dùng cấu then kéo 3.3.4 Thiết kế nhóm truyền động bù 3.3.5 Kiểm tra sai số bước ren 3.3.6 Thí dụ thiết kế hộp chạy dao xác 100 101 102 102 105 107 107 109 111 112 114 114 Chương 4: THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH VÀ Ổ TRỤC 129 4.1 Thiết kế trục 4.1.1 Yêu cầu trục 4.1.2 Kết cấu trục 4.1.3 Vật liệu trục 4.1.4 Tính toán trục 129 129 130 131 131 4.2 Thiết kế ổ trục 4.2.1 Yêu cầu ổ trục 4.2.2 Thiết kế ổ trượt 4.2.3 Thiết kế ổ lăn 141 141 142 149 Chương 5: THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯT 156 5.1 Thiết kế thân máy 5.1.1 Yêu cầu thân máy 5.1.2 Kết cấu thân máy 5.1.3 Vật liệu thân máy 5.1.4 Tính toán thân máy 156 156 156 160 161 5.2 Thiết kế sống trượt 5.2.1 Yêu cầu sống trượt 169 169 5.2.2 Kết cấu sống trượt 5.2.3 Điều chỉnh sống trượt 5.2.4 Bảo vệ bôi trơn sống trượt 5.2.5 Vật liệu sống trượt 5.2.6 Tính toán sống trượt 169 171 173 175 176 5.3 Thiết kế sống lăn 5.3.1 Kết cấu sống lăn 5.3.2 Tính toán sống lăn 181 181 184 Chương : CƠ CẤU MÁY 186 6.1 Cơ cấu chuyển động thẳng 6.1.1 Cơ cấu bánh - 6.1.2 Cơ cấu trục vít - 6.1.3 Cơ cấu vít me - đai ốc trượt 6.1.4 Cơ cấu vít me - đai ốc bi 6.1.5 Cơ cấu vi động 186 186 189 191 198 200 6.2 Cơ cấu chuyển động không liên tục 6.2.1 Cơ cấu bánh cóc - cóc 6.2.2 Ly hợp chiều 6.2.3 Cơ cấu Maltit 202 202 204 205 6.3 Cơ cấu đảo chiều 6.3.1 Yêu cầu 6.3.2 Cơ cấu đảo chiều khí 6.3.3 Cơ cấu đảo chiều điện 6.3.4 Cơ cấu đảo chiều thủy lực 6.3.5 Tính mômen đảo chiều 208 208 209 214 214 215 6.4 Hệ thống điều khiển 6.4.1 Chức yêu cầu 6.4.2 Các phần tử hệ thống điều khiển 6.4.3 Các cấu điều khiển khí 6.4.3.1 Hệ thống điều khiển riêng rẽ Cơ cấu qụat – Cơ cấu ngàm gạt Cơ cấu vít me – đai ốc 6.4.3.2 Hệ thống điều khiển tập trung Hệ thống điều khiển tay gạt Hệ thống điều khiển dùng cam thùng Hệ thống điều khiển dùng cam mặt đầu 216 216 218 221 222 222 224 225 225 225 227 229 Heä thống điều khiển dùng khớp tùy động Hệ thống điều khiển dùng đóa lỗ 6.5 Cơ cấu an toàn 6.5.1 Cơ cấu khóa lẫn 6.5.2 Cơ cấu hạn chế hành trình 6.5.3 Cơ cấu phòng qúa tải 230 231 233 234 236 237 Tài liệu tham khảo 241 Số vòng quay lớn nhỏ chi tiết tính từ công thức • Khi dùng vận tốc vmin để gia công chi tiết có đường kính dmax số vòng quay cần thiết nmin : nmin = 1000 Vmin π d max (1-3) • Khi dùng vận tốc vmax để gia công chi tiết có đường kính dmin cần số vòng quay cần thiết nmax : nmax = 1000 Vmax π d (1-4) Từ (1-1), phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn: Rn = Với : RV = Rd = n max V d = max max = RV Rd n Vmin d Vmax – phaïm vi điều chỉnh vận tốc cắt Vmin d max – phạm vi điều chỉnh đường kính chi tiết d (1-5) (1-6) (1-7) Thông thường trị số trung bình Rd = ÷ Đặc điểm phạm vi điều chỉnh số vòng quay phụ thuộc vào giới hạn vận tốc cắt đường kính chi tiết gia công Với số máy vạn đại thường có phạm vi điều chỉnh số vòng quay phù hợp với công dụng máy (tham khảo Bảng 1-1) MÁY Phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn Máy tiện 50 ÷ 200 Máy phay 20 ÷ 100 Máy tiện đứng 25 ÷ 40 Máy khoan cần 20 ÷ 100 Máy bào ÷ 40 12 b Chuyển động máy chuyển động thẳng Số vòng quay trục thay số hành trình kép nhtk phút Vận tốc hành trình làm việc V thường chậm, vận tốc hành trình chạy không V0 thường nhanh Tỷ lệ V V0 thường theo hệ số k định, tức là: V0 = k V với (k >1) (1-8) Tổng thời gian T hành trình kép bao gồm thời gian thực hành trình làm việc t thời gian hành trình chạy không t0 bằng: T = t + t0 = L L 1+k + = L V kV kV (1-9) Trong đó: L – chiều dài hành trình cắt gọt [m] Số hành trình kép phút: kV = T L (1 + k ) nhtk = (1-10) Phaïm vi điều chỉnh số hành trình kép là: Rn htk = n htk max n htk = Vmax L max ⋅ Vmin L (1-11) nhtk max , nhtk số hành trình kép giới hạn, xác định tương tự công thức (1-3) (1-4) c Đối với máy có chuyển động chuyển động thẳng không đổi hướng (như máy cưa dây, máy đánh bóng thẳng) Vận tốc cắt xác định số vòng quay n[v/ph] đường kính D[mm] đóa, puli, tay quay thực truyền động, tức là: V= πDn 1000 [m/ph] (1-12) Cách xác định phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn tương tự máy có chuyển động chuyển động vòng Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Rs Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Rs tính: Rs = s max s (1-13) Có hai trường hợp liên quan đến hai loại lượng chạy dao: − Trường hợp 1: Chuyển động chạy dao có quan hệ với chuyển động chính, lượng chạy dao tính vòng quay trục công thức: 13 S = i0 is t [mm/ v] (1-14) Trong đó: i0 – tỷ số truyền cố định xích chạy dao is – tỷ số truyền thay đổi xích chạy dao t – lượng di động tịnh tiến cấu chấp hành trục cuối xích chạy dao quay vòng [mm/v] Nếu dùng cấu biến đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến vít me – đai ốc t = tx (tx bước ren vít me) Nếu dùng cấu bánh – t = πmZ (m môđun, Z số bánh cấu bánh – răng) Lượng chạy dao nhỏ smin lớn smax tương ứng tỷ lệ với tỉ số truyền thay đổi ismin, ismax Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Rs là: Rs = s max i smax = s i smin (1-15) Lượng chạy dao lớn nhỏ xác định tùy thuộc vào điều kiện công nghệ gia công Trị số thường dùng smax = ÷ [mm/v], smin = 0,005 ÷ 0,05 [mm/v] – Trường hợp 2: Chuyển động chạy dao độc lập với chuyển động (chuyển động chạy dao thực động riêng có số vòng quay nđc [v/ph]), lượng chạy dao tính công thức: s = nđc is t [mm/ph] (1-16) Trong đó: is – tỉ số truyền từ động đến cấu chấp hành (xích chạy dao) t – lượng biến đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao Rs là: Rs = s max i smax = s i smin (1-17) 1.2.2 Chuoãi số vòng quay Trong truyền động phân cấp, giá trị số vòng quay không phân bố cách mà tuân theo qui luật định để tạo nên chuỗi số vòng quay hợp lý phạm vi điều chỉnh số vòng quay Chuỗi số vòng quay dùng máy cắt kim loại thường gồm loại sau: Chuỗi số vòng quay cấp số nhân Chuỗi số vòng quay cấp số nhân chuỗi số vòng quay mà giá trị số hạng cấp số nhân có công bội ϕ Nếu hộp tốc độ có Z cấp tốc độ từ số vòng quay nhỏ nmin đến số vòng quay lớn nmax.thì: 14 n1 = nmin n2 = n1 ϕ n3 = n2 ϕ = n1 ϕ2 M nk + = nk ϕ = n1 ϕk M nz = nz – ϕ = n1 ϕZ –1 = nmax Khi phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn xác định: Rn = n max n ϕ Z−1 = = ϕZ –1 n n1 (1-18) Từ (1-18), xác định công bội chuỗi số vòng quay ϕ (còn gọi hệ số cấp vận tốc): ϕ = Z −1 (1-19) Rn số cấp vận tốc Z: Z= lgR n +1 lgϕ (1-20) Ghi chú: − Số cấp tốc độ Z tính theo công thức (1-20) thường số nguyên, nên phải qui tròn thành số nguyên gần (tốt nên chọn số nguyên lớn để đảm bảo giá trị nmin, nmax đạt yêu cầu thiết kế) − Tổn thất vận tốc cắt tương đối ∆V phụ thuộc vào công bội ϕ mà không phụ thuộc vào đường kính d chi tiết gia công ϕ số nên tổn thất không đổi V[m/ph] nZ = nmax Từ công thức (1-2) tính vận tốc cắt V: πdn =c.d 1000 πn với c = 1000 V= (1-21) Nếu biểu thị chuỗi số vòng quay n hệ tọa độ [v – d] số vòng quay n đường thẳng qua gốc tọa độ, có dạng hình 1- nk+1 Vk+1 V0 Vk A n0 nk A’ B n3 n2 n1 = nmin O C d0 d [mm] Hình 1- : Biểu đồ chuỗi số vòng quay 15 Giả sử cần gia công phôi có đường kính d0 Dựa vào điều kiện công nghệ yêu cầu kỹ thuật chi tiết, ta xác định vận tốc cắt hợp lý V0 Qua đồ thị hình 1- 2, xác định số vòng quay hợp lý n0 Nhưng máy dùng truyền động phân cấp nên không tìm giá trị số vòng quay trùng với n0 mà thường n0 khoảng hai giá trị nk nk+1 (nk < n0 < nk+1) Tương ứng với nk nk+1 hai vận tốc cắt Vk Vk+1 (Vk < V0 < Vk+1) Để đảm bảo tuổi bền dao, thường chọn số vòng quay nk để gia công (khi vận tốc cắt Vk < V0) Như có tổn thất vận tốc cắt (cũng tổn thất suất) Tổn thất tương đối vận tốc cắt ∆V tính nhö sau: ∆V = Do V0 = V0 − Vk V0 ⎛ V ⎞ 100% = ⎜1 − k ⎟ 100% ⎜ V0 ⎟ ⎠ ⎝ (1-22) π d0 n0 π d0 nk vaø Vk = 1000 1000 neân ∆V = V0 − Vk V0 ⎛ V ⎞ 100% = ⎜1 − k ⎟ 100% = ⎜ V0 ⎟ ⎝ ⎠ ⎛ n ⎞ ⎜1 − k ⎟ 100% ⎜ n0 ⎟ ⎝ ⎠ (1-23) Tổn thất tương đối vận tốc cắt đạt giá trị lớn ∆Vmax V0 → Vk+1 (n0 → nk+1) bằng: ∆Vmax = lim V0 → Vk+1 ⎛ V ⎞ ⎜1 − k ⎟ 100% = ⎜ V0 ⎟ ⎝ ⎠ ⎛ V ⎞ ⎜1 − k ⎟ 100% = ⎜ Vk +1 ⎟ ⎝ ⎠ ⎛ n ⎞ ⎜1 − k ⎟ 100% ⎜ n k +1 ⎟ ⎝ ⎠ (1-24) Nếu chuỗi số vòng quay phân bố tổn thất tương đối vận tốc cắt ∆Vmax thay đổi Từ (1-24), muốn giữ cho ∆Vmax luôn không đổi cần phải đảm bảo điều kiện: nk = const n k +1 (1-25) Chỉ có chuỗi số vòng cấp số nhân thỏa mãn điều kiện (1-25), nghóa nk = const = ϕ Biểu đồ chuỗi số vòng cấp số nhân cho hình 1-3 n k +1 V [m/ph] nZ = n1.ϕ n-1 n2 = n1.ϕ n1 ∆V Hình 1-3 : Biểu đồ chuỗi số vòng quay cấp số nhân d [mm] 16 Để tạo thuận lợi cho người sử dụng tra số vòng quay n biết V d, máy có vẽ biểu đồ thể số vòng quay hệ tọa độ lôgarit Muốn thế, phương trình (1-21) thể hệ tọa độ lôgarit [v – d] sau: lgV = lgd + lgc (1-26) Nó có dạng y = x + a, phương trình đường thẳng cắt trục x y góc 45o với khoảng cách a πn nên trị số c phụ thuộc vào số vòng quay n mà n lại phân bố 1000 theo quy luật cấp số nhân với công bội ϕ, nên: Do c = lgc1 = lg π + lg n1 1000 lgc2 = lg π π + lg n = lg + lg n1 + lgϕ 1000 1000 M lgck = lg π π + lgnk = lg + lgn1 + (k –1) lgϕ 1000 1000 22,4 1000 31,5 45 63 125 180 250 355 500 710 1000 90 V [m/ph] 1410 Các số vòng quay chuỗi cấp số nhân đường thẳng song song cách khoảng lgϕ (trong thực tế, người ta thường lấy khoảng tượng trương cho giá trị củaϕ) Biểu đồ chuỗi số vòng quay cấp số nhân hệ tọa độ lôgarit có dạng hình 1- 100 10 10 100 200 2000 d [mm] Hình 1-4 : Biểu đồ chuỗi số vòng quay cấp số nhân hệ trục lôgarit Chuỗi số vòng quay cấp số cộng Chuỗi số vòng quay cấp số cộng chuỗi số vòng quay mà giá trị số hạng cấp số cộng có công sai a với số hạng nmin số hạng cuối nmax 17 n1 = nmin n2 = n1 + 1.a n3 = n2 + a = n1 + 2.a M nZ = nZ–1 + a = n1 + (Z – 1).a n Z − n1 (1-27) Z −1 Hình 1- biểu diễn chuỗi số vòng quay cấp số cộng vẽ hệ tọa độ lôgarit Chuỗi số vòng quay cấp số cộng có trị số số vòng quay thấp cách xa số vòng quay cao khít nhau, nên tổn thất vận tốc tương đối thay đổi theo đường kính chi tiết gia công hạn chế Vì chuỗi số vòng quay cấp số cộng thỏa mãn yêu cầu gia công hợp lý Do đó, dùng số hộp chạy dao, cấu truyền động không liên tục cấu bánh cóc – cóc máy bào … Suy ra: V [m/ph] a= nZ n3 n2 n1 d [mm] Hình 1- 5: Biểu đồ chuỗi số vòng quay cấp số cộng hệ trục lôgarit Chuỗi số vòng quay hỗn hợp Có hai loại chuỗi số vòng quay hỗn hợp: − Chuỗi số vòng quay kết hợp chuỗi số vòng quay cấp số cộng cấp số nhân, giá trị số vòng quay thấp dùng cấp số cộng giá trị số vòng quay cao dùng cấp số nhân − Chuỗi số vòng quay cấp số nhân có hệ số cấp vận tốc ϕ1 ϕ2 (với ϕ1 < ϕ2), giá trị số vòng quay thấp dùng hệ số ϕ1 giá trị số vòng quay cao dùng hệ số ϕ2 Để tạo chuỗi số vòng quay này, trước hết tạo chuỗi số vòng quay cấp số nhân có hệ số ϕ1, sau để số vòng quay cao thưa sau số vòng quay bỏ Như số vòng quay cao có hệ số ϕ2 (hình 1-6) Xem thêm ví dụ minh họa chuỗi số vòng quay có hệ số cấp vận tốc ϕ1 ϕ2 mục 2.3.6 18 Hộp tốc độ dùng chuỗi số vòng quay hỗn hợp có kết cấu phức tạp hơn, khó tính toán hợp lý nên dùng V[m/ph] nZ n2 n1 ϕ2 ϕ1 Hình 1- 6: Biểu đồ chuỗi số vòng quay hỗn hợp có hai hệ số cấp vận tốc d[mm] Kết luận: Trong loại chuỗi số vòng quay kể trên, chuỗi số vòng quay cấp số nhân có nhiều ưu điểm nên thường dùng để thiết kế hộp tốc độ, hộp chạy dao máy vạn Riêng máy chuyên dùng không thiết phải dùng chuỗi số vòng quay cấp số nhân, số vòng quay máy chuyên dùng có vài cấp số vòng quay phù hợp chi tiết gia công Hộp chạy dao máy dùng để cắt ren không sử dụng chuỗi cấp số nhân chuỗi cấp số cộng mà phải có phương pháp thiết kế riêng (xem chương 3, phần thiết kế hộp chạy dao xác) nhằm đạt lượng chạy dao phù hợp với bước ren theo yêu cầu 1.2.3 Xác định thông số động học Ba thông số động học chuỗi số vòng quay cấp số nhân ϕ, Z Rn, hệ số cấp vận tốc ϕ tiêu chuẩn hóa Xác định trị số ϕ tiêu chuẩn Để tạo chuỗi số vòng quay cấp số nhân với công bội ϕ hệ số ϕ không chọn cách mà tiêu chuẩn hóa dựa nguyên tắc sau đây: a Nguyên tắc gấp 10: nguyên tắc mà số hạng dãy số có giá trị gấp 10 lần giá trị số hạng khác cách x số hạng, nghóa có chuỗi số n1 , n2 , n3 , …, nx , nx+1 , …, nZ nx+1 = 10 n1 (với x – số nguyên) Vì chuỗi số vòng quay dãy số cấp số nhân, nên: nx+1 = n1 ϕx Suy ra: ϕx = 10 hay ϕ = 10 x (1-28) Nguyên tắc dựa thói quen gấp 10 chuỗi số tối ưu kỹ thuật (chuỗi số Renard để tạo giá trị kích thước tiêu chuẩn) 19 b Nguyên tắc gấp 2: nguyên tắc mà số hạng dãy số có giá trị gấp lần giá trị số hạng khác cách y số hạng, nghóa có chuỗi số n1 , n2 , n3 , …, ny , ny+1 , …, nZ ny+1 = n1 (với y – số nguyên) Vì chuỗi số vòng quay dãy số cấp số nhân, nên: ny+1 = n1 ϕy Suy ra: ϕy = hay ϕ = y (1-29) Nguyên tắc dùng để thỏa mãn trường hợp dùng động điện có nhiều cấp vận tốc, số vòng quay động nđc tuân theo qui luật cấp số nhân với công bội Vì trị số ϕ phải đồng thời thỏa mãn hai nguyên tắc treân, cho neân: ϕ = 10 = x y (1-30) Suy ra: y = x.lg2 = 0.30103x ≈ 0,3x Ngoài ra, ta có điều kiện hệ số ϕ: 1 − Máy thiết kế cần phải có tổn thất vận tốc tổn thất suất không đổi không vượt giới hạn 50% ⎛ 1⎞ ∆Vmax = ⎜ − ⎟ 100% ≤ 50% ⎜ ϕ⎟ ⎠ ⎝ ϕ Từ suy ra: (1-32) (1-33) Trong phạm vi điều kiện hệ số ϕ (1-31), chọn trị số x tính trị số y tương ứng, người ta xác định trị số ϕ tiêu chuẩn cho bảng – Ở bảng có trị số ϕ = 1,41 ϕ = không thỏa mãn nguyên tắc gấp 10, trị số ϕ = 1,58 ϕ = 1,78 không thỏa mãn nguyên tắc gấp 2, x y số nguyên Nhưng thực tế cần thiết trị số này, để khoảng cách trị số không xa Bảng 1- 2: Bảng trị số ϕ tiêu chuẩn ϕ x 10 x= y y= ∆vmax [%] 1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 40 20 10 20/3 2/6 12 3/2 6/5 10 20 30 40 45 50 20 Phạm vi sử dụng trị số ϕ tiêu chuẩn sau: • ϕ = 1,06 : dùng giá trị số vòng quay khít • ϕ = 1,12 : dùng cho máy cần điều chỉnh xác vận tốc cắt (nhằm giảm tổn thất vận tốc suất) gia công hàng khối hàng loạt lớn máy tự động, nửa tự động • ϕ = 1,26 1,41 : dùng cho máy công cụ vạn • ϕ = 1,58 1,78 : dùng cho máy có thời gian chạy không lớn (thời gian gia công không lớn nhiều so với thời gian chạy không) không cần phải điều chỉnh xác vận tốc cắt • ϕ = : dùng, có ý nghóa phụ để tính toán cấu truyền động nhóm khuếch đại hộp tốc độ nhóm gấp bội hộp chạy dao Mối quan hệ thông số ϕ, Z Rn biết công thức (1-18) Khi thiết kế máy, phạm vi điều chỉnh số vòng quay Rn cho trước theo yêu cầu, số cấp vận tốc Z tỉ lệ nghịch với hệ số ϕ Cần phải lựa chọn trị số ϕ Z để vừa vừa đảm bảo giảm tổn thất vận tốc, vừa đảm bảo kết cấu máy không qúa phức tạp, khó chế tạo, giá thành cao (Z lớn phân bố cấp vận tốc dày, tổn thất vận tốc nhỏ, kết cấu máy lớn, phức tạp hơn) Sau chọn trị số ϕ thích hợp, dễ dàng xác định số cấp vận tốc Z Trong trường hợp thiết kế hộp tốc độ có nhiều cấp vận tốc Z với trị số ϕ nhỏ, để đơn giản mặt kết cấu hộp, người ta thường dùng động điện có nhiều cấp vận tốc Số cấp vận tốc Z cần nên lấy bội số 3, truyền động hộp tốc độ thường khối bánh bậc có 2, = 2.2 bánh thực Do đó, số cấp vận tốc thường dùng thực tế là: Z = 3, 4, 6, 8, 12, 18, 24, 36 Xác định giá trị số vòng quay Từ giá trị ϕ tiêu chuẩn, người ta xác định chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn Chuỗi số vòng quay sở lấy với số vòng quay 1, tức n1 = v/ph với trị số ϕ = 1,06 Số vòng quay tiêu chuẩn nZ = n1 ϕZ–1 = ϕZ–1 Chuỗi số vòng quay sở có giá trị sau: – 1,06 – 1,12 – 1,18 – 1,25 – 1,32 – 1,41 – 1,5 – 1,6 – 1,7 – 1,8 – 1,9 – – 2,12 – 2,24 – 2,36 – 2,5 – 2,65 – 2,8 – – 3,15 – 3,35 – 3,55 – 3,75 – 4,25 – 4,5 – 4,75 – – 5,3 – 5,6 – – 6,3 – 6,7 – 7,1 – 7,5 – – 8,5 – – 9,5 Trên sở chuỗi số vòng quay đó, hình thành giá trị số vòng quay tiêu chuẩn cho bảng 1-3 Các trị số vòng quay tiêu chuẩn khác, tùy theo yêu cầu lớn hay bé mà nhân chia trị số với 10, 100, 1000 … 21 Bảng1-3: Bảng số vòng quay tiêu chuẩn Hệ số ϕ Hệ số ϕ Hệ số ϕ 1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 1 1 1 10 10 10 10 1,06 1,12 1,26 1,41 1,58 1,78 100 100 100 10 100 100 106 1,06 10,6 1,12 1,12 11,2 11,2 1,18 11,8 118 1,25 1,25 1,25 12,5 12,5 12,5 125 125 125 125 13,2 132 1,32 1,41 1,4 14 1,41 1,6 1,6 1,6 1,6 16 150 16 16 16 16 16 1,8 1,8 1,8 18 18 180 180 18 2 2 20 20 2,24 2,24 22,4 22,4 2,36 23,6 2,5 25 224 224 22,4 236 25 25 25 250 250 250 250 250 28 2,8 280 280 28 300 30 3,15 3,15 3,15 3,15 250 265 26,5 2,8 2,8 180 200 200 200 20 21,2 2,5 2,5 2,5 180 212 2,12 2,65 160 190 19 1,9 160 160 160 170 17 1,7 125 140 140 14 15 1,5 112 112 11,2 31,5 31,5 315 315 315 31,5 31,5 31,5 31,5 3,35 33,5 335 3,55 3,55 35,5 35,5 355 355 315 4 4 4 40 40 40 4,5 4,5 45 5 50 5,6 5,6 5,6 56 5,6 475 50 500 500 500 500 50 6,3 6,3 6,3 6,3 63 6,7 56 56 71 63 63 63 8 80 90 95 63 630 630 630 710 710 71 630 710 750 80 800 800 800 80 85 8,5 9,5 63 670 75 7,5 560 560 560 600 67 7,1 7,1 500 530 60 450 450 53 5,3 400 425 45 45 47,5 4,75 400 400 400 40 42,5 4,25 375 37,5 3,75 355 850 90 90 900 900 950 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 22 Ghi chú: − Căn vào hệ số ϕ, số cấp tốc độ Z giá trị số vòng quay n1 để tra bảng xác định chuỗi số vòng quay danh nghóa máy − Chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn cho bảng 1-3 dùng làm chuỗi số hành trình kép máy có chuyển động chuyển động tịnh tiến máy bào, máy xọc Ngoài ra, dùng làm chuỗi số lượng chạy dao cho lượng chạy dao không phụ thuộc vào vòng quay trục mà tính lượng chạy dao phút, tức s [mm/ph] − Cho phép lập chuỗi số vòng quay gồm trị số chuỗi tiêu chuẩn bỏ cách quãng Ví dụ: lập chuỗi số vòng quay có hệ số ϕ = 1,26 n1 = 14 v/ph Các giá trị chuỗi số vòng quay n1 = 14 v/ph, n2 = 18 v/ph, n3 = 22,4 v/ph, n4 = 28 v/ph, n5 = 33,5 v/ph … Các số vòng quay cách khoảng cách Đó hệ số cấp vận tốc chuỗi số vòng quay trị số ϕ sở có luỹ thừa số khoảng cách E, nghóa là: ϕ = 1,06E = 1,064 = 1,26 (E = với E – khoảng cách chuỗi sở) Tương tự, muốn lập chuỗi có hệ số cấp vận tốc ϕ = 1,41 thì: ϕ = 1,06E = 1,066 = 1,41 (E = 6) Khi đó, trị số vòng quay chuỗi cách khoảng chuỗi sở Nếu n1 = 14 v/ph có chuỗi: 14 ; 20 ; 28 ; 40 ; … 1.2.4 Xác định công suất động Khi thiết kế máy, cần phải tiến hành xác định công suất động điện, để tạo sở cho việc tính toán động lực học chi tiết máy phận máy máy Thường khó xác định xác công suất động điện máy thiết kế Lý vì: − Chưa thể tính xác lực cắt lực chạy dao trình cắt gọt khác gia công chi tiết máy, đặc biệt trình khởi động đảo chiều − Chưa hiểu rõ điều kiện sử dụng máy, đặc biệt máy vạn có nhiều công dụng − Khó xác định xác tổn thất ma sát khâu truyền động, làm việc vận tốc cao Vì thực tế, việc xác định công suất động thường dựa vào kinh nghiệm so sánh với công suất máy có Xác định công suất động truyền động Có hai phương pháp tính công suất cần thiết động điện: 23 a Phương pháp gần đúng: tính công suất động theo công suất cắt Nc hiệu suất tổng η Công suất cắt Nc tính sở lực cắt tới hạn Pz [N] vận tốc cắt tới hạn V [m/ph]: P V [kW] (1-34) Nc = z 61200 Để tính xác lực cắt theo nguyên lý cắt (bảng 1-4), cần phải chọn chế độ cắt theo chế độ thử máy chế độ công nghệ cao (gia công thô) Công suất cắt Nc thường chiếm khoảng 70 ÷ 80% công suất động điện, nên tính gần công suất động điện Nđ theo công thức sau: N Nđc = c [kW] (1-35) η Trong đó: η = 0,7 ÷ 0,85 dùng cho máy có chuyển động quay tròn η = 0,6 ÷ 0,75 dùng cho máy có chuyển động tịnh tiến Để xác định xác trị số η, tìm hiệu suất khâu ηi định xong kết cấu máy, sau tính hiệu suất tổng η toàn xích truyền động: η = η1 η η … = j ∏ ηi (1-36) b Phương pháp xác: thường sử dụng để tính lại Nđc sau định xong kết cấu máy: Nđc = Nc + N0 + Np [kW] (1-37) với N0 công suất chạy không Np công suất tiêu hao phụ hiệu suất nguyên nhân ngẫu nhiên khác Công suất phụ Np lấy gần 10 ÷ 15% Nc Công suất chạy không N0 tính theo công thức thực nghieäm sau: N0 = Km ⎞ d tb ⎛ d ⎜ n I + n II + n III + K tc tc n tc ⎟ ⎜ ⎟ d tb 10 ⎝ ⎠ (1-38) Trong đó: Km – hệ số phụ thuộc chất lượng chế tạo chi tiết điều kiện bôi trơn, thường chọn Km = ÷ dtb – đường kính trung bình tất ngõng trục máy [mm] nI , nII , nIII … – số vòng quay tất trục (không kể trục chính) [v/ph] dtc – đường kính trục [mm] ntc – số vòng quay trục [v/ph] Ktc – hệ số tổn thất riêng trục (Ktc = 1,5 ổ trục ổ lăn, Ktc = ổ trục ổ trượt) 24 n Ps = c txszy ZBz Dn Phay mặt đầu Phay định hình Phay goùc Pz = cVz txsy 8200 Ps = c txszy ZBz Dn Phay trụ Mài trụ 6800 Ps = c txszy ZBz Dn Khoeùt, doa 0,6 0,86 1,1 0,86 1,3 0,9 0,7 0,74 0,8 0,74 0,7 0,8 0,7 0,8 0,75 0,75 0,75 0,65 y Theùp 0,7 0,95 — 1 — — — — — z –0,86 –1,1 –0,86 0,75 0,7 0,75 0,7 0,35* 0,75** 0,35* 0,75** 0,2 1,5 n 0,83 1,14 0,83 1,2 0,75 — — — 3900 7000 4800 920 3160 2000 1000 1,2 0,9 1,2 63,5* 51,4** 0,45 0,51 88,2 1,2 x — — 0,65 0,7 0,65 0,4 0,8 0,8 1 0,75 0,75 0,75 0,65 y — 0,9 — 2,4 — — — — — z Gang – Hợp kim đồng c Vật liệu gia công Chú thích: * HB 170 ** HB > 170 t – chiều sâu cắt [mm] ; D – đường kính dao [mm] ; B – chiều rộng phay [mm] s – lượng chạy dao [mm/v] ; sZ – lượng chạy dao [mm/r] 22 4700 620 1830 Ps = c tx sy (HB)n M = c Dz tx sy (HB)n — — 1,2 344,2* 44,2** 0,31 1500 800 0,9 1,2 279* 35,7** 0,027 0,21 Ps = c Dz sy (HB)n M = c tx sy (HB)n Pz Py Cắt đứt x c Khoan = c t s (HB) x y Pz Py Px Tieän Bào Dạng gia công Công thức tính lực PZ [N] mômen M [Nm] — –0,83 –1,14 –0,83 0,6 0,6 0,6 0,6 0,55 1,3 0,55 1,3 1,1 n Baûng 1-4: Bảng công thức tính lực cắt 25 Xác định công suất động chạy dao Công suất động điện dùng thực lượng chạy dao thường xác định hai phương pháp: a Phương pháp gần đúng: lấy công suất động chạy dao Nđcs tỉ lệ với công suất động thực chuyển động Nđc Nđcs = K.Nđc [kW] (1-39) Trong đó: K = 0,04 dùng cho máy tiện, máy Revolver, máy khoan K = 0,08 dùng cho máy tiện nhiều dao tự động, nửa tự động K = 0,15 dùng cho máy phay K ≈ dùng cho máy bào, máy mài b Phương pháp xác: tính công suất động từ lực chạy dao Q: Nđcs = Q Vs 61200 ηs [kW] (1-40) Trong đó: Vs – vận tốc chạy dao [m/ph], tính từ lượng chạy dao lớn ηs – hiệu suất truyền động cấu chạy dao (thường ηs 0,15 ÷ 0,2) Lực chạy dao Q tính từ công thức thực nghiệm tùy thuộc vào kết cấu loại sống trượt khác nhau: Q = k.Fx + Fms [N] (1-41) với: k – hệ số làm tăng lực ma sát Px tạo mômen lật Px, Py, Pz – thành phần lực cắt [N] Fms – lực ma sát sống trượt [N] Lực tính tùy theo loại sống trượt khác (bảng 1-5) Hệ số Loại sống trượt Lực ma sát Fms Sống trượt lăn trụ tổ hợp (máy tiện) (Pz + G) f Sống trượt phẳng (máy tiện, máy Revolver) (Pz + Py + G) f 1,1 0,15 Sống trượt đuôi én (máy phay) (Pz + 2Py + G) f 1,4 0,2 Ống trục maùy khoan 2M x f d 0,15 k f 1,15 0,15 ÷ 0,18 Chú thích: G – trọng lượng phận chuyển động tịnh tiến [N] f – hệ số ma sát trượt d – đường kính trục máy khoan [mm] 26 ... 10 0 10 0 10 10 0 10 0 10 6 1, 06 10 ,6 1, 12 1, 12 11 ,2 11 ,2 1, 18 11 ,8 11 8 1, 25 1, 25 1, 25 12 ,5 12 ,5 12 ,5 12 5 12 5 12 5 12 5 13 ,2 13 2 1, 32 1, 41 1,4 14 1, 41 1,6 1, 6 1, 6 1, 6 16 15 0 16 16 16 16 16 1, 8 1, 8 1, 8... với 10 , 10 0, 10 00 … 21 Bảng 1- 3 : Bảng số vòng quay tiêu chuẩn Hệ số ϕ Hệ số ϕ Hệ số ϕ 1, 06 1, 12 1, 26 1, 41 1,58 1, 78 1, 06 1, 12 1, 26 1, 41 1,58 1, 78 1 1 1 10 10 10 10 1, 06 1, 12 1, 26 1, 41 1,58 1, 78 10 0... 2,8 18 0 200 200 200 20 21, 2 2,5 2,5 2,5 18 0 212 2 ,12 2,65 16 0 19 0 19 1, 9 16 0 16 0 16 0 17 0 17 1, 7 12 5 14 0 14 0 14 15 1, 5 11 2 11 2 11 ,2 31, 5 31, 5 315 315 315 31, 5 31, 5 31, 5 31, 5 3,35 33,5 335 3,55