Thiết kế động lực học máy

Đồ án máy THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY I. TÍNH CÁC LỰC TÁC DỤNG TRONG TRUYỀN DẪN Xác định lực chạy dao,lực cắt (Q,P c ) 1. Sơ đồ đặt lực trên cơ cấu chấp hành Lực cắt ZYX PPPP ++= 2. Tính các lực thành phần Theo công thức bảng (II-1) có: P YXZYX StCPP ..,, = với C:hệ số kể đến ảnh hưởng của tính chất vật gia công t:chiều sâu cắt (mm) S:lượng chạy dao (mm/v) Sử dụng công thức nguyên lý cắt để tính lực cắt.Mặt khác để tính chính xác theo nguyên lý cắt,ta chọn chế độ cắt theo chế độ thử máy: - Thử có tải: Chi tiết φ 115,l=2000,thép 45,HRB=207. Dao P18.Chế độ cắt n=40 (v/p) S=1,4 (mm/v) Đồ án máy t=6 (mm) 16.2000.. == YXZ StCP . 75,04,1 =15445,62 (N) 9,06.1250.. == YXY StCP . 75,04,1 =8069,45 (N) 2,16.650.. == YXX StCP . 65,04,1 =6945,08 (N) - Thử công suất: Chi tiết φ 70,l=350,thép 45. Dao T15K6.n=400 S=0,39 t=5 Tính tương tự như công thức trên có: )(2626 )(2432 )(4935 NP NP NP Y X Z = = = Lực chạy dao (Q): Theo công thức thực nghiệm do Rêsêtôp và Lêvít với máy tiện có sống trượt lăng trụ: Q=k. )( GPfP ZX ++ với G:trọng lượng phần dịch chuyển =250 kg =2500 N f:hệ số thu gọn ma sát trên sống trượt =0,15 đến 0,18 k:hệ số tăng lực ma sát do XP tạo ra mômen lật; k=1,15 Thay vào công thức trên có: Q=1,15.6945+0,16.(15445,6+2500) =10858(N) 3. Tính mômen xoắn của động cơ điện: Khi máy tiện làm việc trong hộp tốc độ XM của động cơ cân bằng với XM của lực cắt và XM ma sát trong các cặp truyền động.Ta có phương trình: ∑ = += n i kXmsXPccXd iMMiM 1 0/ .. hay 0/ .i MM XPccXd η= với 0i :tỉ số truyền tổng cộng xích ki :tỉ số truyền từ cặp có XmsM tới trục chính Đồ án máy η :hiệu suất toàn xích XPcM :mômen xoắn do lực cắt gây ra XPcM = ZP .d/2 ZP :lực cắt tiếp tuyến d:đường kính chi tiết gia công -Khi thử có tải: d=115,n=40 v/p, ZP =15445 XPcM = 2 115.15445 =888087 (N.mm) 1450 40. 75,0 888087 / =cXdM =32665 (N.mm) (ở đây hiệu suất η=0,75 và tỉ số truyền 0i =40/1450) -Khi thư ở chế độ thử công suất: d=70,n=400, ZP = 4935 XPcM =4935.70/2=172725(N.mm) 1450 400. 75,0 172725 / =cXdM =63531(N.mm). II- TÍNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐIỆN 1.Xác định công suất động cơ truyền dẫn chính: Công suất động cơ gồm: pcdc NNNN ++= 0 với cN : công suất cắt 0N : công suất chạy không pN : công suất phụ tiêu hao theo hiệu suất và do những nguyên nhân ngẫu nhiên ảnh hưởng đến sự làm việc của máy. - Công suất cắt 81,9.102.60 .vPN Zc = (kW) Theo chế độ thử công suất ZP = 4935(N),n=400(v/p), d=70(mm) 1000 400.70. 1000 Π=Π=⇒ dnv =87,92(m/p) - Công suất cắt 81,9.102.60 92,87.4935=cN =7,23(kW) Thường thì dcc NN .)8570( 00÷= nên có thể tính gần đúng: Đồ án máy 75,0 23,7== η c dc NN =9,64(kW) Do đó chọn động cơ tiêu chuẩn N=10(kW) và n=1450(v/p). 2.Xác định công suất chạy dao: - Khi tính theo tỉ lệ với công suất động cơ chính: dcVdcS NKN .= (với máy tiện k=0,04) =0,04.9,64=0,386(kW) -Khi tính theo lực chạy dao: 81,9..10.612 . 4 cd S dcS VQN η= (kW) với: SV :tốc độ chạy dao, SV =S.n=0,39.400=156(mm/p) cdη :hiệu suất chung của cơ cấu chạy dao ( 2,015,0 ÷≤ ) Q:lực kéo (N).Thay vào công thức trên: ≈= 81,9.15,0.10.612 156.10858 4dcSN 0,188(kW). III. TÍNH SỨC BỀN CHI TIẾT MÁY: Trục nmin nmax ntinh MXtinh Ntruc dsb dchon IX 5,25 1680 22,2 2193 0,164 21,8 30 X 5,25 1680 22,2 2084 0,156 21,4 30 XI 4,41 2419 21,3 2064 0,149 21,3 30 XII 4,41 2419 17,9 1936 0,131 20,99 30 XIII 3,76 1935 4,84 2923 0,125 18,95 20 XIV 0,55 2419 4,84 8837 0,118 24,2 25 XV 0,28 1209 2,27 15806 0,11 28,8 30 Đồ án máy 1.Tính sức bền cặp bánh răng 36/36 của trục Nooctông - Trong máy cắt kim loại,việc tính toán động học của bánh răng là xác định môđuyn (m).Tính theo sức bền uốn và kiểm tra theo sức bền tiếp xúc. 1.1. Tính m theo sức bền uốn: [ ] n KN yZ m U U .... 1950.10 3 σϕ= với: N:công suất trên trục n:số vòng quay nhỏ nhất của bắnh răng (bánh nhỏ) (v/p) m B=ϕ =6÷10 ⇒ lấy ϕ =6 k:hệ số tải trọng,lấy k=1,3 y:hệ số dạng răng,tra trong chi tiết máy y=3,75 Z:số răng (Z=36) [ ] f HlFlF U S KK ..lim0σσ = chọn vật liệu là thép 45,theo chi tiết máy có lim0Fσ =1,8.HB=324 (độ rắn bề mặt sau nhiệt luyện =170÷217HB,lấy HB=180). 75,1 8,0 1 = = = F Hl Fl S K K thay vào [ ] )/(1,148 2cmNU =⇒ σ Từ đó thay vào công thức tính môđuyn theo uốn: ⇒≈= 77,1 126 77,6.3,1. 1,148.75,3.6.36 1950.10 3Um theo tiêu chuẩn lấy m=2. 1.2. Kiểm nghiệm theo sức bền tiếp xúc: Theo chi tiết máy có công thức: )../()1.(..2... 211 ωεσ diBiKTZZZ HHMtx += ,tra bảng có: Đồ án máy 7639,1 20.2sin 2 2sin 2 )(274 0 3/1 ≈== = αH M Z MPaZ =αε [1,88-3,2. )11( 21 ZZ + ]=[1,88- 3,2.2/36]=1,702 766,0 702,1 11 ≈== α ε εZ Mômen xoắn 1T =1714,5(N.m) 1 13,1 15,1 = = = HV H H K K K α β 3,1.. ==⇒ VHHH KKKK αβ Tỉ số truyền i=1 Chiều rộng bánh răng B=6m=6.2=12 72)( 21 =′+= ZZmdω .Thay vào công thức trên 152,140=⇒ txσ [ ]txσ được tính theo công thức [ ] nB NKi iAtx . ..)1( . 10.05,1 36 ±=σ A: khoảng cách trục A= 72)( 21 =′+= ZZmdω Các giá trị khác như trên.Thay số vào công thức [ ] =⇒ txσ 795,1 Do đó txσ < [ ]txσ nên cặp bánh răng đủu bền. 2.Tính trục trung gian: Tính trục XIV là trục trung gian trong nhóm gấp bội mang 3 bánh răng cố định 45,35,15 321 === ZZZ và là trục tâm cho bánh răng Z=28 quay lồng không. 2.1.Tính sơ bộ chiều dài trục: Chiều rộng bánh răng b=25mm Khe hở mmf )32(1 ÷= lấy 21 =f Miếng gạt mmf )128(2 ÷= lấy 112 =f Rãnh thoát dao mmf )64(3 ÷= lấy 63 =f Đồ án máy 321 .2.78 fffbL +++= =8.25+7.2+11+2.6=237mm - 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: tn =118,5(v/p) +Mômen xoắn trên trục: xtM =3380,8(N.m) - Tính cho 8 1 45 18. 48 15 ==gbi trong đó bánh Z=45 là bị động,bánh Z=15 là chủ động. Lực tác dụng: 82. 4,225 15.2 8,3380.22 )(3,2720.1,75. )(1,75 45.2 8,3380.22 22 2 2 0 11 1 1 == === === === α α tgPP d MP NtgtgPP N d MP r cs x r cs x -Tính phản lực gối tựa: +Trong mặt phẳng YOZ: )(2,670 )(3,2330237.)48148.(148. 21 21 NAABPPY NBBPPm YYY YYA =⇒=−−+= =⇒=−++= ∑ ∑ +Trong mặt phẳng XOZ: )(5,1050 )(8,500237.)48148.(148. 21 21 NAABPPX NBBPPm xxxrr xxrrA =⇒=+−−= −=⇒=++−= ∑ ∑ - Chọn mặt cắt ngang nguy hiểm là tại C 6,187423381.75,05,18512.75,0 5,185126,994515614 2222 22 ≈+=+= ≈+= xutd uc MMM M - Theo chi tiết máy lấy: [ ] [ ] 38,141,0 63 3 ≈= = σ σ td sb Md - Các biểu đồ mômen uốn và xoắn: Đồ án máy 3.Tính sức bền cho cơ cấu vít me đai ốc: 3.1.Xác định lực tác dụng lên trục vít me - Tính theo lực cắt: lực tác dụng lên trục vít me được xác định khi cắt ren với tiêu chuẩn sau: X A A Y A 148 3381 9565,3 15614 9945,6 M X YOZ 2082,8 P 1 P r1 P Z=15 C Pr2 2 D Z=45 48 B XOZ YB B X 41 Y X Z Đồ án máy )(6.5,0 )/(4,0 30 1 12 mmtb vmmStS t p p p == =⇒= = - Vật liệu:thép có )/(75 2mmkgb =σ ren d60 54=tbd - Góc nâng của ren: =γ arctg =Π tb p d tk . . arctg 0319 45. 12.5 0 ′=⇒Π γ - Lực cắt yxp SbCP ..= - Lực kéo khi tiện ren được tính theo lực cắt.Lúc cắt ren lực cắt được tính theo công thức tiện rãnh.Lúc này lực cắt ZP tiếp tuyến với còng ren và nghiêng 1 góc đúng bằng 03190 ′=γ .Ta có các thành phần lực sau: γ γ sin cos. ZXM ZZM PP PP = = - Lực cắt khi tiện rãnh được tính theo công thức: yxpZ SbCP ..= .Trong đó )(20150319sin.6036sin. )(56900319cos.6036cos. )(60364,0.6.2000 4,0;75,0;1;6;2000 0 0 75,01 NPP NPP NP SyxbC ZXM ZZM Z p =′== =′== == ===== γ γ - Lực tác dụng lên trục vít me được tính: ).(. ZMXMn PGfPKQ ++= Trong đó nK =1,15 là hệ số kể đến tác dụng của mômen lật. f=0,18 là hệ ssó ma sát với sống trượt. G=2500N=250kg là trọng lượng phần dịch chuyển. Do đó Q=1,15.2015+0,18.(2511+5690)=3792(N) - Tính vít me theo độ bền mòn:nhằm đảm bảo áp suất trên mặt ren trong phạm vi cho phép. Đường kính trung bình của ren [ ] )(..8,0 mmP Qdtb λ= Đồ án máy với Q=lực kéo=3792N 4,15,1 ÷== tbd Lλ với vít me chọn 2=λ L : chiều dài đai ốc [ ]P : áp suất cho phép trên mặt ren Với vít me bằng thép,đai ốc bằng đồng thì [ ] )/(10.3 26 mmNP = Thay vào ta có )(02,0 10.3.2 3792.8,0 6 mdtb == - Theo tiêu chuẩn chọn vít me có: 4 . )(5,37;11 )(31);(44 2 2 dF mmdcmF mmdmmd tb ic Π= == == (F:diện tích mặt cắt ngang) Góc nâng của ren trên 545 5,37. 1 . : 0 2 ′=⇒Π=Π= ββ arctgd tarctgd tb tb Góc ma sát trên ren: 07=ρ ,ta có: Hiệu suất cơ cấu truyền động: 45,0 )7845( 845 )( 00 0 =+′ ′=+= tg tg tg tg ρβ βη Mômen xoắn trên trục vít me: ).(16102 45,0.2 12.3792 .2 . mmNtQM VX =Π=Π= η Tính sức bền trục vít me.Vít me chịu kéo nén và xoắn nên nó còn được tính theo ứng suất tương đương: [ ] )/(75,550) 1,3 16102.8(3792. 11 1 )/(7500 4 10.3 4 ).8(.1 222 2 4 22 mmN cmN d MQ F td T i X td =+= ===≤+= σ σσσ [ ]⇒<⇒ σσ td vít me đủ bền. Đồ án máy -Tính vít me theo độ cứng:sai số các bước ren do kéo nén là [ ]t EF tQT V Δ≤±=Δ . [ ]tΔ :sai số bước ren cho phép =0,006(mm) )(0002,0 11.10.1,2 12.3792 3 mmT =±=Δ [ ]⇒Δ<Δ tt vít me đủ cứng. - Tính ổn định của vít me:đối với vít me dài,chịu nén,khi đó lực kéo tới hạn là: 2,45310 64 ).( .. 4 2 =Π= Π= dJ Ly JEQ V th VL :chiều dài vít me làm việc VL =1500mm y:hệ số thu gọn chiều dài phụ thuộc vào đặc tính kẹp chặt của đầu vít me (khi ngàm cứng một đầu ta có y=0,5). )(53116 )1500.5,0( 2,45310.10.1,2. 2 6 NQth =Π= Độ dự trữ ổn định yn : 143792 53116 === Q Qn thy [ ] ⇒÷=≥ 45,2yy nn đảm bảo. Kết luận:Như vậy sau các bước tính toán,kiểm tra suy ra trục vít me đạt yêu cầu trong suốt quá trình làm việc. 4.Tính ly hợp siêu việt: Cơ cấu ly hợp siêu việt trong xích chạy dao nhanh ta thấy rằng động cơ điện chạy dao nhanh và động cơ điện chính truyền chuyển động tới một khâu chấp hành là trục trơn.Tốc độ hai đường truyền khác nhau.Nếu không có cơ cấu phân tách chuyển động sẽ làm trục trơn xoắn gãy.Vì vậy người ta dùng cơ cấu ly hợp siêu việt.Vị trí cơ cấu này là trên trục XVI gần đầu ra trục trơn. 4.1. Nguyên lý làm việc: Đồ án máy 1n Chuyển động từ động cơ chính truyền vào vỏ ngoài theo chiều mũi tên 1n .Vì lò xo luôn luôn đẩy viên bi chèn ép vít giữa mặt trong của vỏ ly hợp vào mặt lõi.Phối hợp cùng với chiều quay 1n có xu hướng lăn kẹt vào giữa hai mặt tiếp xúc.Do đó chuyển động quay truyền từ vỏ ngoài vào lõi tới trục trơn quay với tốc độ công tác 1n .Nếu vỏ ngoài quay ngược với 1n sẽ không truyền chuyển động quay vào lõi. Trong khi đang quay công tác,muốn quay nhanh bằng động cơ chạy nhanh cùng hay ngược chiều 1n .Với tốc độ 2n >> 1n viên bi luôn nằm trong khoảng không gian lớn của rãnh trên vỏ và lõi tách rời nhau,ở ngoài vỏ vẫn quay 1n nhưng bên trong lõi và trục trơn quay theo tốc độ chạy nhanh. 2n -thực hiện chạy dao nhanh. 4.2. Tính toán ly hợp siêu việt: Khi ly hợp hoạt động điều kiện chủ yếu để con lăn ly hợp thăng bằng là các thành phần lực 1R , 2R phải nằm trên 1 đường thẳng và ngược chiều nhau để con lăn tự hãm qua vỏ và lõi ly hợp. Điều kiện cần thiết minmin (2 ρρα < : góc nhỏ nhất giữa hai góc ma sát). 2// ρρ mà 11 arctgf=ρ 22 arctgf=ρ ( 21, ff :các hệ số ma sát trượt giữa con lăn với vỏ và lõi ly hợp). cosa>cos2 minρ min2cos ρ>− + dD da Kích thước D và a chọn trước. min 2 min min cos22cos1 2cos. ρρ ρ aDDaDd +−=+ −> Đồ án máy R N R2 fN fN 1 2 2 1 1 2N 1 D/2 O Để ly hợp làm việc tốt lấy )9,07,0( 2 min ÷=ρ α Chiều dài con lăn L≥1,5d để con lăn không bị xoay theo đường trục của nó. 4.3. Tính ứng suất tiếp xúc: N1=N2=N’ )11.(.59,0 .. )..(.59,01max DdL NE dDL EdDNq −=−= - Môđun đàn hồi thép E= )/(10.1,2 25 mmMN dD ENq 1...59,02max ′= 1maxq :ứng suất tiếp xúc của con lăn và vỏ 2maxq : ứng suất tiếp xúc giữa con lăn và lõi - Mômen truyền dẫn của cơ cấu ly hợp siêu việt M=f.Z.N.D/2 fZD MN 2=′ 2 αρ tgtgf >= 2/. 2 αtgZD MN =′ Để đảm bảo 2/. 2 αtgfD MN =′ 1max2max qq > 0875,05 9962,0 0872,0 5cos 5sin 2/cos 2/sin2/ 0 0 0 =>= ===>= tgtgf tgtgf ρ α ααρ f=0,09 Theo máy chuẩn: D = 60mm ; a =36 nên a/2 =18mm min 2cos2 ρ aDDd −−≥ 0350min ′=ρ mmd 5,11 99,0.2 366060 =+−≥ L=1,5.11,5=17,25mm NN 035,0 096,0.60.4 4,0.2 ==′ Đồ án máy [ ] 22max 1max2max 22 6 2max 22 6 1max /)20001800( )/(110)/(11 5,11.5,17 10.1,2.4,0.59,0 )/(58,36)/(658,3) 60 1 5,11 1( 5,17 10.1,2.035,0.59,0 mmNqq qq mmNmmkgq mmNmmkgq ÷=< > === ==−= 4.4. Bảng tính toán động lực học: Các công thức dùng để lập bảng: idctr t NN n nnn η. .4 min max min = = với các giá trị hiệu suất : + bộ truyền đai: 97,0=dη + truyền động bánh răng: 98,0=brη + ổ: 995,0=oη )(. .63491 3 mm n NCd n NM t tr sb t tr Xt = = (C=100÷150) lấy C=100. Bảng: Trục nmin nmax ntinh MXtinh Ntruc dsb dchon IX 5,25 1680 22,2 2193 0,164 21,8 30 X 5,25 1680 22,2 2084 0,156 21,4 30 XI 4,41 2419 21,3 2064 0,149 21,3 30 XII 4,41 2419 17,9 1936 0,131 20,99 30 XIII 3,76 1935 4,84 2923 0,125 18,95 20 Đồ án máy XIV 0,55 2419 4,84 8837 0,118 24,2 25 XV 0,28 1209 2,27 15806 0,11 28,8 30 trong đó XtM : mômen xoắn tính cd : đường kính chọn.