Giáo trình Thiết kế máy
THIÕT KÕ §éNG HäC M¸Y C¾T KIM LO¹I
A- HéP TèC §é M¸Y C¾T KIM LO¹I
§ 1 . C¤NG DôNG Vµ Y£U CÇU §èI VíI HéP T¤C §é
Hép tèc ®é trong m¸y c¾t kim lo¹i dïng ®Ó truyÒn lùc c¾t cho c¸c
chi tiÕt gia c«ng, cã kÝch th-íc, vËt liÖu kh¸c nhau víi nh÷ng chÕ ®é c¾t
cÇn thiÕt. ThiÕt kÕ hép tèc ®é yªu cÇu ph¶i ®¶m b¶o nh÷ng chØ tiªu vÒ kü
thuËt vµ kinh tÕ tèt nhÊt trong ®iÒu kiÖn cô thÓ cho phÐp. Hép tèc ®é ph¶i
cã kÝch th-íc nhá gän, hiÖu suÊt cao, tiÕt kiÖm nguyªn vËt liÖu, kÕt cÊu cã
tÝnh c«ng nghÖ cao, lµm viÖc chÝnh x¸c, sö dông b¶o qu¶n dÔ dµng, an
toµn khi lµm viÖc, v.v...
Nãi chung yªu cÇu c¬ b¶n ®èi víi hép tèc ®é lµ:
1. VÒ tèc ®é c¾t: Khi gia c«ng nh÷ng chi tiÕt cã kÝch th-íc, vËt liÖu
kh¸c nhau, yªu cÇu kü thuËt kh¸c nhau, ®iÒu kiÖn chÕ t¹o kh¸c nhau,
ng-êi ta dùa vµo lý thuyÕt vÒ c¾t gät kim lo¹i vµ lý thuyÕt vÒ n¨ng suÊt
m¸y ®Ó x¸c ®Þnh giíi h¹n tèc ®é c¾t Vmin, Vmax cho tõng m¸y. Hép tèc
®é ph¶i ®¶m b¶o cã c¸c trÞ sè biÕn ®æi thÝch hîp trong ph¹m vi trªn.
Nh÷ng trÞ sè tèc ®é nµy th-êng ®-îc quy thµnh sè vßng quay cña cña trôc
chÝnh (hay sè hµnh tr×nh kÐp ®èi víi nh÷ng m¸y cã chuyÓn ®éng chÝnh lµ
tÞnh tiÕn th¼ng ®i vÒ). Ph¹m vi ®iÒu chØnh ®-îc x¸c ®Þnh nh- sau:
nmax
Rn =
(I-1)
nmin
Rn - ph¹m vi ®iÒu chØnh sè vßng quay.
nmax, nmin - sè vßng quay (hay sè hµnh tr×nh kÐp) lín nhÊt, nhá nhÊt
cña trôc chÝnh.
Víi nh÷ng m¸y chuyÓn ®éng chÝnh quay trßn th×:
1000Vmax
nmax
=
v/ph
v/ph
(I-2)
(I-3)
.dmin
1000Vmin
.dmax
nmin =
ë ®©y
Vmax, Vmin - tèc ®é lín nhÊt, nhá nhÊt, m/ph
dmax, dmin - ®-êng kÝnh lín nhÊt, nhá nhÊt cña chi tiÕt gia c«ng, mm.
1
Do ®ã
Vmax dmax
Rn =
= Rv.Rd
(I-4)
Vmin dmin
Rv - Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é
Rd - Ph¹m vi ®iÒu chØnh ®-êng kÝnh gia c«ng
Víi nh÷ng m¸y chuyÓn ®éng chÝnh tÞnh tiÕn ®i vÒ th×:
1
1
Vck
nhtr
1000.L 1000.L
T
1000.L(K 1)
Vct
Vck
ë ®©y:
nh.tr - sè hµnh tr×nh kÐp, h.tr/ph
L - chiÒu dµi chi tiÕt gia c«ng, mm
T - thêi gian thùc hiÖn mét hµnh tr×nh kÐp, phót
Vct - Tèc ®é c«ng t¸c, mm/ph
Vck - tèc ®é ch¹y kh«ng, mm/ph
Vct
K
Vck
T-¬ng tù nh- trªn ta cã:
Vmax Lmax
Rn
Vmin Lmin
Trong c¸c m¸y ph¶i biÕn chuyÓn ®éng quay thµnh chuyÓn ®éng
th¼ng, ph¹m vi ®iÒu chØnh nhá h¬n.
Cã hai c¸ch ®iÒu chØnh tèc ®é cña m¸y: ®iÒu chØnh ph©n cÊp vµ v«
cÊp. Trong phÇn nµy chØ nghiªn cøu ®iÒu chØnh ph©n cÊp v× chÕ t¹o ®¬n
gi¶n, kÕt cÊu chÆt chÏ, hiÖu suÊt cao vµ ®-îc dïng phæ bݪn hiÖn nay.
2. VÒ lùc c¾t: Lùc c¾t t¸c dông lªn trôc chÝnh cña m¸y ®-îc x¸c
®Þnh theo c«ng t¾c trong nguyªn lý kim lo¹i. Hép tèc ®é ph¶i ®¶m b¶o
cho trôc chÝnh thùc hiÖn ®-îc lùc c¾t ®ã. Cho nªn c¸c kÝch th-íc, vËt liÖu
cña c¸c chi tiÕt vµ ®éng c¬ ®iÖn ph¶i tÝnh theo ®iÒu kiÖn lùc c¾t t-¬ng øng
víi chÕ ®é c¾t cña quy tr×nh c«ng nghÖ ®iÓn h×nh trªn m¸y ®ã. Khi gia
c«ng c¸c chi tiÕt kh¸c nhau, tèc ®é c¾t vµ lùc c¾t ph¶i phï hîp víi ®¼ng
thøc: (H.I-1)
P1.V1 = P2.V2 = h»ng sè.
2
C«ng suÊt cña hép tèc ®é kh«ng ®æi t¹i c¸c trÞ sè vßng quay kh¸c
nhau trßn ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é ®· cho.
C¸c trÞ sè giíi h¹n quay nmin, nmax; sè cÊp tèc ®é z vµ c«ng béi
ph¶i phï hîp víi sè liÖu yªu cÇu ®· cho vµ kh«ng v-ît ngoµi quy chuÈn
(chuçi sè tèi -u). Kh«ng nªn trïng vµ thiÕu c¸c tèc ®é cÇn thiÕt lµm ¶nh
h-ëng cho viÖc bè trÝ, kÕt cÊu cña m¸y (trõ tr-êng hîp kh«ng thÓ tr¸nh
®-îc nh- yªu cÇu c¾t ren khuÕch ®¹i cña
m¸y tiÖn ren vit v¹n n¨ng T60).
bÒn, ®é cøng v÷ng vµ ®é bÒn mßn
cña c¸c chi tiÕt trong hép tèc ®é ph¶i ®¹t
yªu cÇu cho phÐp, ®Ó hép tèc ®é lµm viÖc
chÝnh x¸c víi thêi gian phôc vô cao nhÊt.
Muèn vËy ph¶i tÝnh to¸n kiÓm tra kÝch
V1
V2
th-íc chi tiÕt trong m¸y, lùc chän kÕt cÊu,
vËt liÖu, ph-¬ng ph¸p gia c«ng chÕ ®én lµm
viÖc cña tõng chi tiÕt trong hép tèc ®é hîp
lý nh- c¸c trôc, c¸c æ, b¸nh r¨ng, ®ai
truyÒn, ly hîp, hÖ thèng ®iÒu khiÓn, hÖ
P1
P2
H I-1
thèng an toµn v.v... Riªng chi tiÕt vá hép th-êng cã h×nh d¹ng kh¸ phøc
t¹p nªn th-êng thiÕt kÕ dùa vµo kÕt cÊu cò hay lÊy theo kinh nghiÖm. c
biÖt víi trôc chÝnh, ®Ó chuyÓn ®éng chÝnh x¸c (yªu cÇu ®é réng vµ gãc
xoay bÐ nhÊt) cÇn chó ý ®Õn bè trÝ c¸c chi tiÕt trªn trôc chÝnh vµ vÞ trÝ c¸c
chi tiÕt trùc tiÕp truyÒn dÉn cho trôc chÝnh. Tuy vËy kh«ng ph¶i bao giê
còng bè trÝ ®-îc, nh- ®èi víi trôc chÝnh cña nh÷ng m¸y cã chuyÓn ®éng
däc trôc hay chÞu lùc chiÒu trôc lín nh- m¸y khoan, m¸y doa, m¸y phay,
m¸y mµi nghiÒn v.v...
H·y xÐt tr-êng hîp sau ®©y:
H×nh I-2 tr×nh bµy c¸c vÞ trÝ truyÔn dÉn cña b¸nh r¨ng chñ ®éng z1
cho c¸c b¸nh r¨ng bÞ ®éng z1 cña trôc chÝnh (quay quanh t©m O). B¸nh
r¨ng z1 cã thÓ bè trÝ xung quanh z1 ë vÞ trÝ nµo còng ®-îc. ë ®©y chØ xÐt
®Õn vÞ trÝ ®iÓn h×nh I, II, III, IV.
z'
trÝ t-¬ng øng. C¸c lùc nµy cã ph-¬ng nghiªng víi ®-êng tiÕp tuyÕn t¹i vÞ
Q , Q , Q , Q lµ lùc ¨n khíp cña b¸nh r¨ng z t¸c dông t¹i bèn vÞ
1
1
2
3
4
1
r¨ng) vµ ®Òu cã chiÒu trïng víi chiÒu quay n cña trôc chÝnh.
( -gãc ¸p lùcg, - gãc ma s¸t trªn bÒ mÆt c¸c
trÝ ¨n khíp mét gãc
P - lùc c¾t t¸c dông lªn trôc chÝnh (ph-¬ng chiÒu nh- h×nh vÏ). Lùc
P vµ Q ®ång thêi t¸c dông lªn trôc chÝnh, ph¶i bè trÝ thÕ nµo ®Ó lùc tæng
3
Q
hîp = + lµ bÐ nhÊt. NÕu xÐt vÒ lùc th× vÞ trÝ III lµ tèt nhÊt v× = | P
R P
R
- Q |. Nh-ng xÐt ¶nh h-ëng cña lùc ®Õn ®é chÝnh x¸c lµm viÖc cña trôc
chÝnh th× vÞ trÝ IOV lµ tèt nhÊt v× f1 < f2 (H×nh I-3).
f1 - ®é vâng ®Çu mót cña trôc chÝnh khi z1 ë vÞ trÝ IV.
f2 - ®é vâng ®Çu nót
cña trôc chÝnh khi z1 ë vÞ trÝ
III.
f
1
P
VËy tuú theo yªu cÇu
cña tõng lo¹i m¸y mµ bè trÝ
truyÒn dÉn cho thÝch hîp.
D
Q
Trong c¸c m¸y lín cã
bµn m¸y quay trßn (nh- m¸y
tiÖn ®øng) ta th-êng bè trÝ
truyÒn ®éng b¸nh r¨ng néi
tiÕp sÏ cã lîi h¬n truyÒn
®éng b¸nh r¨ng ngo¹i tiÕp.
H×nh I-4 ph©n tÝch lùc t¸c
dông trong c¶ hai tr-êng hîp.
f2
P
H I-3
H×nh I-5 lµ ®å thÞ biÓu diÔn ¸p lùc toµn phÇn t¸c dông lªn æ: ng 1
øng víi tr-êng hîp truyÒn ®éng ¨n khíp ngoµi, ®-êng 2 øng víi ®-êng
¨n khíp trong. (BiÓu ®å nµy vÏ víi cïng c«ng suÊt c¾t gÇn 18 kW).
Ngoµi ra ®Ó t¨ng ®é cøng v÷ng cña trôc, ta ®Æt thªm c¸c æ trôc
trung gian.
N
40000
35000
P
P
P
P
R
30000
R
25000
20000
Q
Q
15000
10000
Q
5000
0
900
1350
1200
1050
750
H I-5
H I-4
3. VÒ viÖc sö dông m¸y: iÒu khiÓn hép tèc ®é ph¶i thuËn tiÖn, dÔ
dµng, an toµn khi lµm viÖc. Tr¸nh t×nh tr¹ng hép tèc ®é kh«ng lµm viÖc
®-îc. VÝ dô vÒ quan hÖ gi÷a c¸c b¸nh r¨ng di tr-ît ¨n khíp gi÷a hai trôc.
B¸nh r¨ng nµy ch-a ¨n khíp hÕt, b¸nh r¨ng kh¸c ®· vµo khíp.
4
TËn dông mäi ®iÒu kiÖn ®Ó hép tèc ®é lµm viÖc víi hiÖu suÊt cao
nhÊt (th-êng yªu cÇu kh«ng bÐ h¬n 80 - 90%). Muèn vËy ph¶i n©ng cao
chÊt l-îng chÕ t¹o c¸c chi tiÕt trong hép tèc ®é, gi¶m c¸c b¸nh r¨ng ¨n
khíp quay kh«ng, ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc hîp lý, cã thÓ gi¶m ng¾n xÝch
truyÒn dÉn. Tuy vËy còng cã mét sè hép tèc ®é cã hiÖu suÊt rÊt thÊp (nh-
hép tèc ®é ch¹y dao m¸y tiÖn...).
Mét sè yªu cÇu kh¸c ®èi víi hép tèc ®é lµ truyÒn ®éng Ýt ån, bè trÝ
chÆt chÐ, dÔ quan s¸t, kÕt cÊu cã tÝnh c«ng nghÖ cao, söa ch÷a vµ thay thÕ
nhanh chãng, dÔ dµng... VÊn ®Ò nµy ®-îc nghiªn cøu trong gi¸o tr×nh
c«ng nghÖ chÕ t¹o m¸y. Trong phÇn nµy chØ nghiªn cøu, tÝnh to¸n chuyÓn
®éng häc, ph©n tÝch chän ph-¬ng ¸n hîp lý nhÊt.
4. C¸c chi tiÕt ®¸nh gi¸ chÊt l-îng cña hép tèc ®é lµ:
a) C«ng suÊt truyÒn dÉn (hay m«men xo¾n) t-¬ng øng víi tõng sè
vßng quay cña trôc chÝnh hay trôc cuèi cïng cña hép tèc ®é.
b) Sè vßng quay giíi h¹n nmax, nmin cña trôc chÝnh hay trôc cuèi
cïng hoÆc mét trong hai trÞ sè ®ã vµ ph¹m vi ®iÒu chØnh. C«ng béi ®Æc
tr-ng møc ®é dµy máng cña chuçi sè vßng quay cña hép tèc ®é hay sè
cÊp tèc ®é z.
c) Møc ®é phøc t¹p cña xÝch truyÒn ®éng.
HiÖu suÊt cña hép tèc ®é.
d) Møc ®é ®iÒu khiÓn vµ ®é tin cËy khi sö dông.
e) TÝnh c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c chi tiÕt vµ gi¸ thµnh hép tèc ®é.
Ta cã rÊt nhiÒu ph-¬ng ¸n kh¸c nhau, ph¶i ph©n tÝch chän ®-îc
ph-¬ng ¸n tèt nhÊt ®¶m b¶o ®-îc c¶ yªu cÇu kü thuËt vµ kinh tÕ trong
®iÒu kiÖn cho phÐp.
Sau ®©y tr×nh bµy c¬ së lý luËn vÒ thiÕt kÕ m¸y.
§2. CHUçI Sè VßNG QUAY CñA HéP TèC §é
1. Chuçi sè vßng quay tu©n theo quy luËt cÊp sè nh©n
Trong phÇn nµy chØ xÐt tr-êng hîp ®iÓn h×nh: hép tèc ®é dïng b¸nh
r¨ng di tr-ît. C¸c lo¹i hép tèc ®é kh¸c sÏ ph©n tÝch trong c¸c vÝ dô riªng.
Nh- trªn ®· ph©n tÝch víi mçi lo¹i m¸y, ta x¸c ®Þnh ®-îc giíi h¹n
sè vßng quay cña trôc chÝnh (hay trôc cuèi cïng cña hép tèc ®é) tõ nmin
®Õn nmax. Trong kho¶ng ®ã cã z cÊp tèc ®é: n1 = nmin, n2,...,nk, nk+1,..., nz
= nmax (sè cÊp tèc ®é hiÖn nay trong c¸c m¸y th-êng tõ 12 ®Õn 24). C¸c trÞ
sè vßng quay nµy ph¶i ph©n bè nh- thÕ nµo cã lîi nhÊt. Ta h·y xÐt mét sè
vÊn ®Ò sau ®©y:
Tõ c«ng thøc tÝnh tèc ®é c¾t:
5
dn
1000
V
m/ ph
= d.
(II-
1)
trong ®ã:
d - ®-êng kÝnh chi tiÕt gia c«ng, mm.
n - sè vßng quay trôc chÝnh, V/ph.
dn
NÕu kÝch th-íc "d" cña chi tiÕt thay ®æi (coi nh- biÕn
1000
sè), sè vßng quay "n" (coi nh- th«ng sè) øng víi kÝch th-íc "d" th× vËn
tèc " V" nh- lµ mét hµm sè. Ta vÏ ®-îc ®å thÞ biÓu diÔn quan hÖ sè gi÷a
"V, d, n" (H×nh 1,6).
Gi¶ sö cÇn gia c«ng chi tiÕt cã ®-êng kÝnh d0. Dùa vµo vËt liÖu
cña chi tiÕt gia c«ng, vËt liÖu vµ th«ng sè h×nh häc cña dao vµ yªu cÇu kü
thuËt cña chi tiÕt ta x¸c ®Þnh ®-îc tèc
®é hîp lý " V0".
V(m/ph)
A
Vk+1
Dïng ®å thÞ nµy x¸c ®Þnh ®-îc
th«ng sè vßng quay hîp lý "n0".
M
Vo
B
V
k+1
Nh-ng v× trong m¸y cã h÷u h¹n cÊp
tèc ®é (truyÒn dÉn ph©n cÊp) nªn
th-êng trÞ sè n0 kh«ng cã trong m¸y:
nk < n0 < nk+1 (hay Vk < V0 < Vk+1).
dao ®ì mßn ta chän tèc ®é gia c«ng
thùc tÕ lµ: nk øng víi Vk. Nh- vËy cã
Do
H I-6
d(mm)
sù tæn thÊt vÒ tèc ®é (còng nh- vÒ n¨ng suÊt). tæn thÊt t-¬ng ®èi ®ã lµ:
V0 V
Vk
Vo
V
k .100 (1
)
Vo
Cïng mét ®-êng kÝnh "d0" gia c«ng nh-ng vËt liÖu, ®iÒu kiÖn kü
thuËt kh¸c nhau, gia c«ng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn kh¸c nhau, cã thÓ chän
V0 klh¸c nhau, nªn tæn thÊt t-¬ng ®èi lín nhÊt sÏ x¶y ra khi V0 tiÕn dÇn
®Õn Vk+1 vµ b»ng:
V
Vk
Vmax lim (1 k )100 (1
).100
(II-2)
Vo Vk 1
Vo
Vk1
AB
(T-¬ng øng víi tû lÖ gi÷a c¸c ®o¹n th¼ng
trªn ®å thÞ)
AC
NÕu sù ph©n bè vßng quay bÊt kú th× ( V) max sÏ thay ®æi bÊt kú.
Ta mong muèn khi gia c«ng c¸c ®-êng kÝnh kh¸c nhau tæn thÊt Vmax
6
lu«n lu«n kh«ng ®æi t-¬ng øng víi
n»m trong mét giíi h¹n nµo ®ã
(th-êng kh«ng v-ît qu¸ 50%).
= C (h»ng sè) (H×nh I.7) vµ chØ
AB
V(m/ph)
Vk
?V
( V)max = (1-
)% = C =
Vk1
H»ng sè.
Vk
hay
= C = H»ng sè
Vk1
(II-3)
d(mm)
H I-7
dnk
Vk
Thay
vµ
1000
dnk1
1000
Vk1
Vµo (II-3) ta cã:
Vk
nk
=
= C = H»ng sè.
Vk1
nk1
vµ rót ra kÕt luËn:
Trong chuçi vßng sè quay cã tØ sè gi÷a hai sè vßng quay bÊt kú kÒ
nhau nk vµ nk +1 lµ mét chuçi kh«ng ®æi th× chuçi sè ®ã ph¶i ph©n theo
cÊp sè nh©n cã c«ng béi lµ:
nk
=
(II-
nk1
4)
Chuçi sè nµy do viÖn sü A.B Ga®«lin ®Ò nghÞ n¨m 1876.
2. TÝnh sè h¹ng cña chuçi sè vµ c«ng béi:
n1.......................................................= nmin
n2.......................................................= n1
2
n3 = n2
= n1
....................................................................
z1
= nmax
nz = nz-1
= n1
Ph¹m vi ®iÒu chØnh:
7
nz
n1
z1
Rn =
=
(II-
5)
C«ng béi:
z1 Rn
=
Sè cÊp tèc ®é:
logRn
log
Z =
+1
C¸c trÞ sè , z, Rn lµ ba th«ng sè c¬ b¶n cña chuçi sè, biÕt hai trÞ sè
sÏ suy ra trÞ sè thø ba (xem ®å thÞ h×nh I, 8). TrÞ sè ®· ®-îc tiªu chuÈn.
Tuú theo tÝnh chÊt sö dông hép tèc ®é víi mçi lo¹i m¸y mµ chän trÞ sè
kh¸c nhau. TrÞ sè tiªu chuÈn thµnh lËp dùa vµo c¸c nguyªn t¾c sau ®©y:
2
3
4
5 6 7 8 9 10
R
30 40 60
80 100
Ph?m vi di?u ch?nh
H I-8
Nguyªn t¾c c¸ch qu·ng: Cã thÓ thµnh lËp c¸c chuçi sè kh¸c nhau,
rót tõ chuçi sè c¬ së cã c«ng béi min b»ng c¸ch bá qua nh÷ng trÞ sè thõa
8
(th-êng bá c¸ch mét trÞ sè). BiÓu diÔn nguyªn t¾c nµy theo to¹ ®é l« -ga-
rÝt (H. I, 9), ta cã:
n
1
n
2
n
3
n
4
n
5
n
6
f
1
= f min
n'
1
n
2
n'
3
'
2
1
f
f
1
= f
n"
1
n"
2
"
4
n
3
1
= f
1
H I-9
Nguyªn t¾c nµy xuÊt ph¸t tõ thùc tÕ sö dông. Trªn mét m¸y chuçi
sè vßng quay cña trôc chÝnh cã thÓ dïng nhiÒu c«ng béi kh¸c nhau cã
môc ®Ých më réng ph¹m vi ®iÒu chØnh cña m¸y, vµ tr¸nh nh÷ng tèc ®é
thõa v« Ých (tèc ®é thÊp qu¸ hay cao qu¸) (xem tèc ®é m¸y 1 A 616).
Nguyªn t¾c gÊp 10: Trong chuçi sè vßng quay cã nh÷ng sè h¹ng bÊt
kú mµ trÞ sè cña nã gÊp 10 lÇn trÞ sè cña sè h¹ng kh¸c, c¸ch nã x sè h¹ng.
NghÜa lµ:
Cã chuçi sè: n1, n2, n3,....nx, nx+1, nz.
th×
nx+1 = 10 n1
x - sè nguyªn
x
MÆt kh¸c: nx+1 = n1
x= 10 hay
x 10
Suy ra:
=
(II-8)
Nguyªn t¾c nµy ®Æt ra cho nh÷ng hép tèc ®é dïng ®éng c¬ cã nhiÒu
tèc ®é (3000/1500/750; 2880/1440 vßng /ph).
Nguyªn t¾c gÊp 10 vµ gÊp 2 ph¶i phï hîp víi nhau nªn:
x 10
x
2
=
=
(II-10)
Suy ra:
y = xlg2 = 0,30103x 0,3x.
Muèn x¸c ®Þnh trÞ sè , tr-íc hÕt x¸c ®Þnh giíi h¹n cña :
Giíi h¹n d-íi: v× chuçi sè vßng quay ta xÐt lµ cÊp sè nh©n tiÕn nªn:
nk1
=
>1
nk
Giíi h¹n trªn: Ta mong muèn tæn thÊt tèc ®é còng nh- tæn thÊt
n¨ng suÊt lµ kh«ng ®æi vµ kh«ng v-ît qu¸ giíi h¹n 50%.
9
Tõ (II-2) ta cã:
nk
)100%50%
( V)max = (1-
(II-
nk1
11)
thay (II-4) vµo (II-11) ta cã:
1
(1- )100% 50%
2
hay
VËy giíi h¹n cña lµ:
1<
2
(II-
12)
Dùa vµo (II-10) vµ (II-12), t×m ®-îc:
4010
12 2
m in
=
=
= 1,06
Chän c¸c sè trÞ x, y t-¬ng øng, ta t×m c¸c trÞ sè thÝch hîp vµ lËp
ra b¶ng trÞ sè tiªu chuÈn sau (b¶ng I-1):
1,06E
x 10
Vmax
TrÞ sè
tiªu chuÈn
=
=
=
y
1
2
=
(1- ) = 100%
E =
X =
Y =
1,06
1,12
1,26
1,41
1,58
1,78
2,00
1
2
40
20
12
6
5
10
20
30
40
45
50
4
10
3
6
20/3
5
2
8
3/2
-
10
12
4
20/6
1
Trong b¶ng I-1 cã nh÷ng trÞ sè
= 1,41; V = 2 kh«ng tho¶ m·n
nguyªn t¾c gÊp 10; =1,58; = 1, 78 kh«ng tho¶ m·n nguyªn t¾c gÊp 2
v× x, y kh«ng nguyªn.
Ph¹m vi sö dông c¸c trÞ sè tiªu chuÈn:
10
= 1, 06 Ýt dïng v× chuçi sè qu¸ dµy ®Æc - nã chØ cã ý nghÜa phô.
= 1, 12 dïng trong c¸c m¸y tù ®éng v× yªu cÇu chÕ ®é c¾t
= 1, 26 vµ 1, 41 dïng trong c¸c m¸y v¹n n¨ng (nh- m¸y
= 1, 58 vµ 1, 78 dïng trong c¸c m¸y cã thêi gian c«ng t¸c
chÝnh x¸ c
tiÖn, phay, doa).
kh«ng lín h¬n so víi thêi gian ch¹y kh«ng (kh«ng cÇn chÕ ®é c¾t chÝnh
x¸c).
= 2 Ýt dïng, nã cã ý nghÜa phô dïng ®Ó tÝnh to¸n c¸c nhãm
khuÕch ®¹i cña hép tèc ®é hay nhãm gÊp béi cña hép ch¹y dao.
Trong khi chÕ t¹o m¸ykh«ng nh÷ng trÞ sè ®-îc tiªu chuÈn
mµ sè vßng quay n còng ®-îc tiªu chuÈn.
TrÞ sè vßng quay tiªu chuÈn c¬ së thµnh lËp tõ trÞ sè vßng
quay ®Çu tiªn n1 = 1v/ph, c«ng béi = 1, 06 vµ
nz = n1
z-1
LÇn l-ît thay Z = 1- 40 tÝnh ra c¸c trÞ sè sau:
1 - 1,06 - 1,12 - 1,18 - 1,25 - 1,32 - 1,41 - 1,5 - 1,6 - 1,7 - 1,8
- 1,9 - 2 - 2,12 - 2,24 - 2,35 - 2,5 - 2,65 - 2,8 - 3 - 3,15 - 3,35 - 3,55 - 3,75
- 4 - 4,25 - 4,5 - 4,75 - 5 - 5,3 - 5,6 - 6 - 6,3 - 6,7 - 7,1 - 7,5 - 8 - 8,5 - 9 -
9,5.
C¸c trÞ sè vßng quay tiªu chuÈn kh¸c cã ®-îc tuú theo yªu
cÇu lín hay nhá mµ ta nh©n c¸c trÞ sè tiªu chuÈn c¬ së trªn víi 10x - x: sè
nguyªn d-¬ng hay ©m.
VÝ dô muèn n >10 th× nh©n víi 10 cã: 10 - 10,6 - 11,2...
muèn n < 1 th× nh©n víi 10 -1, cã: 0,95 - 0,9 - 0,85...
X¸c ®Þnh c¸c trÞ sè vßng quay tiªu chuÈn cã c«ng béi kh¸c nhau
= E = 1,06E (E - trÞ sè trong b¶ng I,1) b»ng c¸ch lÊy c¸ch qu·ng c¸c trÞ
sè c¸ch nhau E sè h¹ng trong b¶ng sè vßng quay tiªu chuÈn c¬ së (B¶ng
I-2).
VÝ dô: = 1,26 = 1,064. C¸c trÞ sè vßng quay tiªu chuÈn cña chuçi
sè nµy lµ: 1 - 1,25 - 1,6 - 2 - 2,5 - 3,15 - ...
C¸c trÞ sè vßng quay thùc tÕ cña m¸y kh«ng ®-îc v-ît qu¸ trÞ sè
cho phÐp: n [ n]
ë ®©y: n - sai sè thùc tÕ so víi tiªu chuÈn.
ntc ntt
n =
100% (ntc - sè vong quay tiªu chuÈn vµ ntt - sè vßng
ntc
quay thùc tÕ).
11
[ n] = 10( -1)% - giíi h¹n sè vßng quay cho phÐp.
3. Nh÷ng cÊp sè kh¸c ®-îc ®Ò nghÞ lµm chuçi vßng quay trôc chÝnh
Article I. Chuçi vßng quay trôc chÝnh theo quy luËt cÊp sè céng:
n1 = nmin
n1 = n1 +s
n3 = n2 +s = n1 +2s
......................................
nz = nz-1 +s = n1 + (z-1).s
ThÝ dô cã chuçi céng sau: n1 = 20 v/p, s = 50, z = 10
n
2
n
7
n
1
n
1
n
2
n
2
n
3
n
3
n
4
n
4
8
1
2
3
4
5
6
7
9
10
0
0
20
70
20
70
20
70
20
70
Section 1.01 TÝnh ra c¸c tØ sè
n2 70
n3 120
n4 170
= 1,42
=3,5,
= 1,70 ;
n1 20
n3 70
n3 120
n5
n6
n7
220
270
320
= 1,29 ;
= 1,23;
=
n4 170
n5 220
n6 270
1,19
n8
n9
n10
370
420
470
= 1,16;
= 1,14;
=
n7 320
n8 370
n9 420
1,12.
suy ra tû lÖ phÇn tr¨m:
T
®
t
n
n
2
n
n
7
n
n
4
n
n
2
n
n
n
n
1
n
n
n
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
n
2
n
n
Õn
10
2
2
3
4
5
6
7
8
9
1
6
1
¨ng
50
0
2
9
3
9
4
12
%
?
0 1 = V
2 A
1 A
) h p / m ( V
VÏ ®å thÞ sau: ®em so s¸nh víi chuçi n theo quy luËt cÊp sè nh©n (H
NhËn xÐt: chuçi céng cã c¸c trÞ sè vßng quay thÊp c¸ch xa nhau,
I.11)
c¸c trÞ sè vßng quay cao cµng gÇn nhau, nªn tæn thÊt tèc ®é t-¬ng ®èi
lu«n thay ®æi vµ kh«ng thÓ h¹n chÕ ®-îc. Cßn chuçi nh©n cã c¸c trÞ sè
13
vßng quay thÊp gÇn nhau vµ c¸c trÞ sè vßng quay cµng xa nhau tæn thÊt
tèc ®é t-¬ng ®èi kh«ng thay ®æi vµ h¹n chÕ ®-îc.
?
= 1 V 0
) h / p m ( V
Do ®ã ®· cã ®Ò nghÞ dïng lo¹i chuçi trung gian gi÷a céng vµ nh©n
lµm chuçi vßng quay cho m¸y (gäi lµ chuçi céng bËc haig) quy luËt t¹o
thµnh chuçi nh- sau:
Chuçi chÝnh: n1 n2 n3 n4 .nz
Chuçi hiÖu 1:
3
1
2
Chuçi hiÖu hai:
14
) h / p m ( V
vµ tÝnh ®-îc nz theo c«ng thøc sau:
(Z 1)(Z 2)
nz= n1 + 1 (z-1) +
.
2
Trong ®ã:
- c«ng sai cña cÊp sè céng (v× = const)
1 - sè h¹ng ®Çu tiªn cña cÊp sè céng (chuçi hiÖu 1)
1
ThÝ dô: cho n1 = 22,4;
tÝnh ra c¸c n:
= 20; = 8.
15
n
1
n
1
n
2
n
2
n
3
n
4
n
4
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
2,4 2,4 0,4 06,4 50,4 02,4 62,4 30,4 06,4 90,4
vµ vÏ ®-îc ®å thÞ sau (H I,12).
Tãm l¹i nh÷ng ®Ò nghÞ trªn chØ cã ý nghÜa ®¬n thuÇn vÒ chän chuçi
sè vßng quay theo qui luËt nhÊt ®Þnh, nh-ng thiÕu sãt c¬ b¶n lµ nh÷ng lo¹i
chuçi míi ®Ò nghÞ ch-a t×m ra mét gi¶i ph¸p tÝnh to¸n cÊu tróc cô thÓ cho
qu¸ tr×nh thiÕt kÕ ®éng häc sau nµy nh- quy luËt chuçi nh©n.
§3. L¦íI KÕT CÊU Vµ §å THÞ VßNG QUAY CñA HéP TèC §é
ThiÕt kÕ ®-îc s¬ ®å ®éng cña hép tèc ®é, ta cÇn ph¶i vÏ l-íi kÕt cÊu
vµ ®å thÞ vßng quay cña hép tèc ®é ®ã. V× nã lµ c¬ së tÝnh truyÒn dÉn
®éng häc cña c¸c c¬ cÊu trong hép, qua ®ã ®¸nh gi¸ ®-îc chÊt l-îng cña
ph-¬ng ¸n thiÕt kÕ.
Muèn vÏ ®-îc l-íi kÕt cÊu vµ ®å thÞ vßng quay ta cÇn ph¶i x¸c ®Þnh
quan hÖ c¸c tØ sè truyÒn vµ tõng trÞ sè tØ sè truyÒn cô thÓ cña c¸c c¬ cÊu
dïng trong hép tèc ®é.
1. C¸ch x¸c ®Þnh tØ sè truyÒn vµ c¸c nhãm truyÒn
t ®-îc sè vßng quay cña trôc chÝnh (hay trôc cuèi cïng) ph©n bè
theo cÊp sè nh©n, ta ph¶i t×m qui luËt ph©n bè c¸c tØ sè truyÒn trong c¸c
nhãm truyÒn ®éng cña hép tèc ®é.
Z2
Z3
Z1
Z5
Gi¶ sö cã ph-¬ng ¸n bè trÝ kh«ng
gian (H I,13).
Z4
I
n0
Z6
Z7
'
'
Z2
Z1
'
Z3
Sè cÊp tèc ®é vßng quay cña trôc
chÝnh (trôc IV) lµ:
II
'
Z5
'
Z4
Z = 3 x 2 x 2 = 12.
'
Z6
Z'7
hép tèc ®é cã 3 nhãm truyÒn ®éng.
H I-13
Nhãm a: cã 3 tØ sè truyÒn pa = 3 ®Ó
truyÒn ®éng tõ trôc I ®Õn trôc II vµ b»ng:
Z1
Z2
i1 =
; i2 =
;
Z'1
Z'2
16
Z3
i3 =
Z'3
Nhãm b cã hai tØ sè truyÒn Pb = 2 ®Ó truyÒn chuyÓn ®éng tõ trôc II
sang trôc III vµ b»ng:
Z4
Z5
i4 =
; i5 =
Z'4
Z'5
Nhãm c cã hai tØ sè truyÒn Pc = 2 ®Ó truyÒn chuyÓn ®éng tõ trôc III
®Õn trôc IV vµ b»ng:
Z6
Z7
i6 =
; i7 =
Z'6
Z'7
C«ng thøc chung ®Ó tÝnh sè cÊp tèc ®é lµ:
Z = Pa.Pb.Pc...
Ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é Rn cña hép tèc ®é lµ:
(III-1)
(1)
n0.imax imax
nmax
nmin
Rn =
=
(III-2)
n0.imin imin
ë ®©y:
n0 - sè vßng quay cña trôc I.
imax, imin - tØ sè truyÒn lín nhÊt, nhá nhÊt cña toµn hép tèc ®é.
imax = iamax bmax cmax
imin = iaminibmin cmin
(a) Trong ®ã
iamax, ibmax, icmax vµ iamin, ibmin, icmin - tØ sè truyÒn lín nhÊt vµ nhá nhÊt
cña nhãm a, b, c.
Nh- vËy:
i
i
i
iamax ibmax icmax
.
Rn =
iamin ibmin icmin
Rn = Ra.Rb.Rc
(III-3)
Ra, Rb, Rc - ph¹m vi ®iÒu chØnh tèc ®é cña c¸c nhãm a, b, c.
TrÞ sè vßng quay cña trôc chÝnh tÝnh nh- sau:
n1 = n0 . i1 . i4 . i6
n2 = n0 . i2 . i4 . i6
n3 = n0 . i3 . i4 . i6
17
n4 = n0 . i1 . i5 . i6
n5 = n0 . i2 . i5 . i6
n6 = n0 . i3 . i5 . i6
n7 = n0 . i1 . i4 . i7
n8 = n0 . i2 . i4 . i7
n9 = n0 . i3 . i4 . i7
n10 = n0 . i1 . i5 . i7
n11 = n0 . i2 . i5 . i7
n12 = n0 . i3 . i5 . i7
(C«ng thøc III-1 cßn gäi lµ c«ng thøc kÕt cÊu)
12 cÊp tèc ®é nµy do lÇn l-ît ®æi vÞ trÝ ¨n khíp cña c¸c b¸nh r¨ng
trong c¸c nhãm theo thø tù tõ trªn xuèng d-íi: ®Çu tiªn nhãm a, sau ®ã b
vµ cuèi cïng lµ nhãm c. C¸ch thay ®æi thø tù ¨n khíp cña c¸c b¸nh r¨ng
theo nhãm gäi lµ ph-¬ng ¸n thay ®æi thø tù. Nh- trªn ta cã ph-¬ng ¸n
thay ®æi thø tù I - II - III (hay ph-¬ng ¸n thø tù I - II - III). Ta sÏ ph©n tÝch
kÕt qu¶ cña sù thay ®æi trªn ®Ó t×m quy luËt ph©n bè chuçi tØ sè truyÒn i
trong tõng nhãm truyÒn.
V× chuçi sè vßng quay n cña trôc chÝnh ph©n theo cÊp sè nh©n nªn:
2
121
: ......... :
n1 : n2 : n3 : ........... : n12 =1 :
:
Dùa vµo hÖ thèng 12 ph-¬ng tr×nh tÝnh sè vßng quay trôc chÝnh ë
trªn ®Ó tÝnh tû lÖ c¸c tû sè truyÒn trong tõng nhãm truyÒn ®Ó cã:
Nhãm a:
i1 : i2 : i3 = n1 : n2 : n3
(III-3)
2
:
mÆt kh¸c cã:
(III-4)
n1 : n2 : n3 = 1 :
2
:
suy ra:
i1 : i2 : i3 = 1 :
Cóng lý luËn nh- trªn sù liªn hÖ c¸c tØ sè truyÒn trong nhãm b vµ c:
Nhãm b:
n1 :n4 =1:3
5
n1 :n4 =i4 :i5
i5 : i4 = 1 :
(III-5)
18
n1 :n7 =1:6
n1 :n7 =i6 :i7
6
i6 : i7 = 1 :
Nhãm c:
(III-6)
Qua viÖc x¸c ®Þnh quan hÖ tØ sè truyÒn trong c¸c nhãm ta thÊy:
Nhãm a (nhãm thay ®æi thø I): cã 3 tØ sè truyÒn i1: i2 : i3 = 1 :
:
2
, tøc lµ c«ng béi cña chuçi tØ sè truyÒn nhãm lµ . Nhãm nµy gäi lµ
nhãm c¬ së.
1: 3
Nhãm b (nhãm thay ®æi thø II) cã hai tØ sè truyÒn i4 : i5 =
, tøc
3
truyÒn pa cña nhãm a vµ 3 gäi lµ l-îng më hay ®Æc tÝnh cña nhãm - nhãm
b gäi lµ nhãm khuÕch ®¹i thø nhÊt.
lµ c«ng béi cña chuçi tØ sè truyÒn nhãm lµ
. Sè mò 3 ®óng b»ng sè tØ sè
6
Nhãm c (nhãm thay ®æi thø III), cã hai tØ sè truyÒn i6 : i7 = 1:
,
6
tøc lµ c«ng béi cña chuçi tØ sè truyÒn nhãm lµ . Sè mò 6 = 3 x 2 ®óng
b»ng tÝch sè c¸c tØ sè truyÒn pa.pb cña nhãm a, b (nhãm thay ®æi tr-íc
nã) vµ 6 gäi lµ l-îng më hay ®Æc tÝnh cña nhãm - nhãm c gäi lµ nhãm
khuÕch ®¹i thø hai.
VËy ta cã kÕt luËn chung: nÕu sè vßng quay cña trôc chÝnh (hay
trôc cuèi cïngh) lµ cÊp sè nh©n th× tØ sè truyÒn trong tõng nhãm còng
lµ cÊp sè nh©n cã c«ng béi lµ xi, (i = 0, 1, 2, 3) Xi - gäi lµ l-îng më
l©n cËn hay sè ®Æc tÝnh cña nhãm, i = 0 hay X0 = 1 gäi lµ sè ®Æc tÝnh
nhãm c¬ së, i =1 hay X1 = sè tØ sè truyÒn cña nhãm thay ®æi ®Çu tiªn
(=pa), gäi lµ nhãm khuÕch ®¹i thø nhÊt; i = 2 hay X2 = tÝch c¸c tû sè
truyÒn cña c¸c nhãm thay ®æi tr-íc nã (=pa.pb) gäi lµ nhãm khuÕch
®¹i thø hai. TiÕp tôc suy luË nh- vËy ®Ó tÝnh Xi cho c¸c nhãm khuÕch
®¹i cßn l¹i.
CÇn chó ý r»ng l-îng më Xi phô thuéc vµo thø tù ho¸n vÞ c¸c
nhãm tØ sè truyÒn. ThÝ dô, vÉn s¬ ®å h×nh I,13: tr-íc hÕt ho¸n vÞ c¸c tØ sè
truyÒn trong nhãm b, ®Õn nhãm a, cuèi cïng nhãm c, (ph-¬ng ¸n thay ®æi
II - I - III) th× l-îng më trong c¸c nhãm lµ:
Nhãm b - Nhãm thay ®æi thø I: X0 = 1 (nhãm c¬ së)
Nhãm a - Nhãm thay ®æi thø II: X1 = 2 (nhãm khuÕch ®¹i thø nhÊt)
Nhãm c - Nhãm thay ®æi thø III: X2 = 6 (nhãm khuÕch ®¹i thø hai).
iÒu ®ã chøng tá r»ng cã nhiÒu ph-¬ng ¸n thay ®æi kh¸c nhau. Sè
ph-¬ng ¸n ®ã tÝnh theo lý thuyÕt b»ng:
q = m!;
q - sè ph-¬ng ¸n thay ®æi thø tù.
19
m - sè nhãm b¸nh r¨ng truyÒn dÉn trong hép tèc ®é.
ThÝ dô, theo s¬ ®å h×nh I,13: m = 3 th×:
q = 3! = 1 . 2 . 3 = 6
Nãi tãm l¹i víi mét ph-¬ng ¸n bè trÝ kh«ng gian, ta cã nhiÒu
ph-¬ng ¸n thø tù thay ®æi kh¸c nhau. tæng qu¸t ®¸nh gi¸ sè l-îng cña mçi
ph-¬ng ¸n ta vÏ l-íi kÕt cÊu cho mçi ph-¬ng ¸n ®ã.
2. L-íi kÕt cÊu cña hép tèc ®é: L-íi kÕt cÊu lµ s¬ ®å biÓu diÔn
c«ng thøc kÕt cÊu vµ ph-¬ng tr×nh ®iÒu chØnh. C¸c ký hiÖu trªn l-íi kÕt
cÊu: Mçi ®-êng th¼ng n»m ngang biÓu diÔn mét trôc cña hép tèc ®é. C¸c
®iÓm trªn ®-êng th¼ng n»m ngang biÓu diÔn sè cÊp tèc ®é cña trôc ®ã.
C¸c ®o¹n th¼ng nèi c¸c ®iÓm t-¬ng øng trªn c¸c trôc t-¬ng tr-ng c¸c tØ sè
truyÒn gi÷a c¸c trôc ®ã. biÓu diÔn chuçi n t¨ng theo cÊp sè nh©n ta vÏ l-íi
kÕt cÊu theo to¹n ®é l« -ga-rÝt vµ vÏ ®èi xøng.
VÝ dô: VÏ l-íi kÕt cÊu theo ph-¬ng ¸n thø tù I - II - III cña ph-¬ng
¸n bè trÝ kh«ng gian (H I, 13), Z = 12 = 3 x 2 x 2.
VÏ 4 ®-êng th¼ng n»m ngang I, II, III, IV t-¬ng øng víi 4 trôc cña
hép tèc ®é, vÏ 12 ®-êng th¼ng ®øng c¸ch ®Òu nhau mét kho¶ng lg biÓu
diÔn 12 cÊp tèc ®é cña trôc chÝnh (H. I,14).
Theo quy -íc vÏ ®èi xøng, trôc I cã mét tèc ®é n0, nªn n0 ®Æt chÝnh
nII
gi÷a trôc I (trung ®iÓm n1 - n12). Trªn trôc 2 sÏ nhËn ®-îc 3 tèc ®é
1
,
nII3
nII2
t-¬ng øng víi 3 tØ sè truyÒn i1, i2, i3.
,
nII n i
0 1
1
n n i
0 2
II
2
nII n0i3
nII
n
nII2
:
II3 = i1 : i2 : i3
3
1
no
Theo c«ng thøc (III-4).
:
2
.
i1 : i2 : i3 = 1 :
:
2
nII
nII3
n
Nªn:
hay:
1
:
:
=1 :
:
.
II 2
nII3
nII 2
nII 2
nII1
= lg .
lg
= lg
lg nII3 - lgnII2 = lgnII2 lgnII1 = lg .
nII
nII 3
nII 2
lg trªn trôc II. Ba ®o¹n th¼ng (ba tia) nèi tõ ®iÓm biÓu diÔn n0 trªn trôc
Chøng tá
trªn c¸c l-íi kÕt cÊu c¸ch nhau mét kho¶ng
1
20
Tải về để xem bản đầy đủ
238 trang
22580
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thiết kế máy", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thiet_ke_may.pdf
