Thuyết minhThiết kế trang bị điện cho truyền động chính máy tiện

TR¦êNG

KHOA:
LỜI NĨI ĐẦU
Trong cơng cuộc xây dựng và đổi mới đất nước thì việc phát triển khoa học
kỹ thuật đã được ứng dụng vào lĩnh vực công nghiệp. Ở nước ta đã nhập khá
nhiều loại máy móc, thiết bị rất hiện đại. Do vậy địi hỏi q trình giảng dạy cho
học sinh, sinh viên phải trang bị những kiến thức cơ bản về nguyên lý và hoạt
động cũng như nguyên tắc vận hành của trang thiết bị nhằm nắm bắt kịp thời
với thực tế của xã hội trong hiện tại và trong những năm tới.
Trong quá trình học tập tại trường em đã được học môn học Trang Bị Điện,
để củng cố kiến thức mơn học này đã có rất nhiều đề tài đồ án môn học về các
loại máy khác nhau được giao cho HS-SV. Em đã được nhận đề tài: “”. Thiết kế
trang bị điện cho truyền động chính máy tiện là một việc làm tương đối khó,
trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng nỗ lực của bản thân cùng với
sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy, cơ giáo trong bộ môn Trang Bị Điện
đặc biệt là sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của cơ giáo: , em đã hồn thành xong bản
đồ án mơn học này.
Trong q trình thiết kế đồ án, với kiến thức cịn hạn chế nên bản đồ án chắc
khó tránh khỏi các khiếm khuyết. Em rất mong được sự nhận xét góp ý của các
thầy cô giáo và các bạn để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cm n!
., ngy

thỏng
Sinh viờn

Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

1

nm 2022


TR¦êNG

KHOA:

PHẦN I
TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
I . KHÁI NIỆM CHUNG :
1. Đặc điểm cơng nghệ :
Nhóm máy tiện rất đa dạng, gồm các máy tiện đơn giản, Rơvonve, máy tiện
vạn năng, chuyên dùng, máy tiện cụt, máy tiện đứng. Trên máy tiện có thể thực
hiện được nhiều cơng nghệ tiện khác nhau: Tiện trụ ngồi, tiện trụ trong, tiện
mặt đầu, tiện cơn, tiện định hình... Trên máy tiện có thể thực hiện được doa,
khoan và tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, tarơ ren. Kích thước gia cơng trên
máy tiện có thể từ cỡ vài milimét đến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng).

1 : Thân máy
2 : Ụ trước
3 : Bàn dao
4 : Ụ sau

Dạng bên ngồi máy tiện
Chuyển động chính của máy tiện làm việc ở chế độ dài hạn, đó là chuyển
động quay của mâm cặp, chuyển động tịnh tiến liên tục của bàn dao. Các chuyển
động phụ gồm chuyển động phanh cầu dao và ụ sau, kéo phôi, bơm nước, nâng
hạ, kẹp và nới xà v.v...
Ở các máy cỡ nhỏ, người ta thường dùng động cơ lồng sóc để kéo các

truyền động cơ bản. Loại động cơ này có ưu điểm về mặt kinh tế, đơn giản và
đặc tính cơ cứng. Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ khí, trong phạm vi
không rộng lắm. Khi máy yêu cầu phạm vi tốc độ rộng thường sử dụng động cơ
lồng sóc hai hay nhiu tc .
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

2


TR¦êNG

KHOA:
Một trong những đặc điểm của máy tiện cỡ nặng là yêu cầu điều chỉnh tốc độ
động cơ trong phạm vi rộng. Vì vậy phần nhiều, người ta dùng động cơ điện một
chiều kết hợp với tốc độ 3 ữ4 cấp. Điều chỉnh tốc độ điện khí được thực hiện
bằng cách thay đổi từ thông động cơ, hoặc bằng phương pháp điều chỉnh 2 vùng
2. Các thông số đặc trưng cho chế độ cắt gọt của máy tiện
a. Tốc độ cắt : Là tốc độ di chuyển tương đối của bàn dao so với chi tiết tại
điểm tiếp xúc. Đây là thông số cơ bản để xác định chế độ làm việc của máy và
để tính tốn chế độ cắt gọt của máy, nó phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu
làm dao và chi tiết gia công.
- Lượng ăn dao : S (mm/vg)
- Chiều sâu cắt : t (mm)
- Tuổi thọ của dao : T
Tốc độ cắt được xác đinh theo biểu thức kinh nghiệm :

Vz 

CV

(m / ph)
T .t xV .S yV
m

Trong đó :
- t là chiều sâu cắt
- T là tuổi thọ (độ bền) của dao
- S là lượng ăn dao khi chi tiết quay được một vòng
- CV, xV, yV, m là hệ số mũ phụ thuộc vào chi tiết gia công, vật liệu làm dao và
phương pháp gia công. Vật liệu gia công là gang, thép CT45 và vật liệu làm dao
bằng thép hợp kim cường độ cao, nên chọn: CV = 40 ữ 260  lấy CV = 200; xV =
0,15 ữ 0,2 chọn: xV = 0,2; yV = 0,35 ữ0,8 chọn: yV = 0,35; m = 0,1 ữ 0,2 chọn: m
= 0,1; T = 60 ữ 80 ph chọn: T = 60 ph.
Để đảm bảo năng suất cao nhất, sử dụng máy triệt để nhất thì trong q trình
gia cơng phải ln đạt tốc độ tối ưu, nó được xác định bởi những thông số như:
độ sâu cắt t, lượng ăn dao S và tốc độ trục chính ứng với đường kính chi tiết xác
định. Khi tiện ngang chi tiết có đường kính lớn, trong q trình gia cơng đường
kính chi tiết giảm dần, để duy trì tốc độ cắt (m/s) tối ưu là hằng số thì phải tăng
liên tục tốc độ gúc ca trc chớnh theo quan h:
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

3


TR¦êNG

KHOA:

Vz  0,5.d ct .ct .60.103 (m / ph)

Trong đó : - dct: là đường kính chi tiết (mm)
- ct : tốc độ góc của chi tiết (rad/s)
b. Lực cắt :
Là lực tác động tại điểm tiếp xúc giữa dao và chi tiết, lực đẩy
tại điểm tiếp xúc gọi là lực pháp tuyến chia làm ba thành phần :
- Lực tiếp tuyến Fz : chống lại sự quay của chi tiết,
- Lực dọc trục Fx : chống lại sự di chuyển của bàn dao.
- Lực hướng kính Fy : Chống lại sự tì của dao và chi tiết.
Tỉ lệ các thành phần lực : Fz : Fy : Fx = 1 : 0,4 : 0,25

Lực cắt là thông số quan trọng xác định từ các chế độ cắt của máy. Thông
thường lực cắt được xác định theo công thức kinh nghiệm :
n
FZ 9,81.CF .t x F .S y F .VZ (N)

Trong đó : CF , XF , YF , n là hệ số và mũ phụ thuộc vào vật liệu làm dao, chi tiết
gia công và phương pháp gia công.
c. Công suất cắt :
Là công suất yêu cầu của cơ cấu chuyển động chính. Q trình tiện xảy ra với
cơng suất cắt là hằng số và được xác định.
PZ 

FZ .VZ
, (kW )
60.10 3

Bởi vì lực cắt lớn nhất F max sinh ra khi lượng ăn dao và độ sâu ăn dao lớn,
tương ứng với tốc độ cắt nhỏ V zmin ; còn gọi là lực cắt lớn nhất F max xác định bởi
t, s tương ứng với tốc độ cắt Vzmin ; nghĩa là tương ứng với hệ thức :
Fmax . Vzmin = Fmin .Vzmax

Sự phụ thuộc của lực ct vo tc nh hỡnh v :

Giáo viên hớng dÉn:
SVTH:

4


TR¦êNG

KHOA:

d. Thời gian máy :
Là thời gian để gia cơng chi tiết, nó cịn đợc gọi là thời gian cơng nghệ hay
thời gian hữu ích. Để tính thời gian máy phải căn cứ vào các yếu tố của chế độ
cắt gọt và phương pháp gia cơng.
L.103
tM 
(s)
Vad
tM 

Trong đó :

L
( ph)
n.S

- L : là chiều dài gia công
- Vad : là tốc độ ăn dao

-S:

là lượng ăn dao

-N:

tốc độ quay của chi tiết vg/ph

Như vậy để giảm thời gian gia công, ta phải tăng tốc độ cắt, lượng ăn dao và
năng suất sẽ tăng.
3. Phụ tải của cơ cấu truyền động cơ bản của máy tiện
a. Trong truyền động chính của máy tiện lực cắt là lực hữu ích của máy nó
phụ thuộc vào chế độ cắt ( t, S, V) vật liệu chi tiết làm dao.
Chuyển động chính của máy tiện là chuyển động quay được xác định :
MZ 

Trong đó :

FZ .d
( N .m)
2

- FZ là lực cắt (N)
- d

là đường kính gia cơng (m)

Mơ men hữu ích trên trục động cơ :

M hi 

FZ .d
( N .m)
2.i

i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chớnh ca mỏy.
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

5


TR¦êNG

KHOA:
* Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến :
Mhi = FZ. 

(N.m)

 là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ.
* Mô men cản tĩnh trên trục động cơ :

Mc 

M hi
( N .m)


 - là hiệu suất của bộ truyền từ trục động cơ đến trục chính .

Với máy tiện đứng do có chuyển động trượt trên băng máy nên có xuất hiện lực
ma sát nơi gờ trượt của máy.
Fms = FN.  = [g (mb + mct ) + Fy ].  (N)
FN - là lực đẩy tác dụng lên gờ trượt.


- là hệ số ma sát trượt phụ thuộc vào tốc độ mâm cặp ở tốc độ định mức.

* Ở chế độ xác lập lực kéo của các chuyển động mâm cặp được xác định là tổng
lực cắt và lực ma sát.
FK = FZ + Fms = FZ + [g (mb + mct ) + Fy ] . 

(N)

Khi đó mơ men trên trục động cơ ứng với chuyển động quay là:
Mc 

FK .d
( N .m)
2i.

Đối với chuyển động tịnh tiến là :

Mc 

Fz .
( N .m)


b. Cơ cấu truyền động ăn dao
- Trong lực truyền động ăn dao động cơ thực hiện di chuyển bàn dao
hoặc chi tiết để đảm bảo q trình gia cơng. Hệ truyền động ăn
dao được thực hin bng nhiu phng ỏn khỏc nhau.

Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

6


TR¦êNG

KHOA:

1. Động cơ truyền động

4. Bánh vít

2. Hộp giảm tốc

5. Bàn dao

3. Trục vít
6. Băng máy
Động cơ truyền động ăn dao sẽ đảm bảo một lực cần thiết để di chuyển
tịnh tiến bàn dao. Lực này được xác định bởi lực cản chuyển động khi di chuyển
bàn dao :

Fad = k.Fx+ Fms + Fd (N)

- k = (1,2  1,5) là hệ số dự trữ
- Fms: là lực ma sát của bàn dao ở hướng gờ trợt
- Fd:

-

là lực dính.
Fms =  . (g.mb + FY + FZ) (N)

 : là hệ số ma sát của bàn dao theo hướng gờ trượt.

Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao :
Fd =  .S (N)
 - áp suất dính, thường bằng 0,5 M/m2

S - diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, cm2
Các thành phần lực ăn dao : Fx, Fms, Fd không đồng thời trong quá trình làm
việc. Nên khi xác định phụ tải truyền động ăn dao phân ra thành hai chế độ làm
việc là khởi động làm việc và ăn dao làm việc.
Khi khởi động, lực ăn dao xác định bởi 2 lực ma sát do khối lượng củ bộ phận di
chuyển và lực dính :
Fad.kđ =  0 .g.mb +Fd (N)
Với  0 = 0,2 0,3 - hệ số ma sát khi khởi động.
Khi cơ cấu ăn dao làm việc, lực ăn dao được tính :
Fad.lv = k.Fx +  .( g.mb +Fy + Fx ) (N)
Với hệ số ma sát khi lm vic, = 0,05 0,15
Giáo viên hớng dẫn:
7
SVTH:

TR¦êNG

KHOA:
* Mơ men trục vít vơ tận được xác định theo biểu thức :
Mtv = 0,5 . Fad . dtv . tg(    ) (N.m)
Trong đó : dtv - đường kính trung bình của trục vít vơ tận; mm
 - góc lệch của đường ren trục vít; độ
 - góc ma sát của đường ren trục vít; độ

* Mô men cản tĩnh trên trục động cơ được xác định bằng công thức :
Mc 

M tv
( N .m)
i.

i,  - là tỉ số và hiệu suất của bộ truyền
Khi xác định công suất động cơ truyền động ăn dao lần lượt chọn từ điều kiện
mô men lớn nhất trong hai trị số mô men tương ứng với hai lực ăn dao khi khởi
động và làm việc. Bởi vì truyền động ăn dao thường có phạm vi điều chỉnh tốc
độ rộng nên động cơ cần được kiểm tra theo điều kiện mơmen cản tĩnh ở tốc độ
nhỏ nhất có tính đến sự giảm mô men động cơ do điều kiện làm mát xấu
và kiểm tra theo điều kiện mô men khởi động.

Đồ thị phụ tải của truyền động chính
Đồ thị phụ tải truyền động ăn dao
c. Phụ tải của cơ cấu truyền động chính máy tiện :
Truyền động chính máy tiện đứng có đặc thù riêng. Trên máy tiện đứng chi

tiết gia cơng có đường kính lớn và được đặt trên mâm cặp nằm ngang. Do trọng
lượng mâm cặp và chi tiết lớn nên lực ma sát ở gờ trượt và hộp tốc độ khá lớn.
Vì vậy phụ tải trên trục động cơ truyền động chính là tổng các thành phần lực
cắt, lực ma sát ở gờ trượt, lực ma sát ở hộp tốc độ.
Đồ thị biểu diễn các thành phn cụng sut ca truyn ng chớnh mỏy tin.

Giáo viên híng dÉn:
SVTH:

8


TR¦êNG

KHOA:

- P1 là cơng suất khắc phục lực cắt
- P2 là công suất khắc phục lực ma sát ở gờ trượt
- P3 , P4 là công suất khắc phục lực ma sát trong hộp tốc độ tương ứng do lực ma
sát và sự quay của mâm cặp
- P5 là tổng cơng suất của truyền động chính

II. CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN :
1. Q trình chọn công suất động cơ
Việc chọn động cơ là hết sức quan trọng, nếu chọn công suất lớn hơn trị số
cần thiết thì vốn đầu tư sẽ tăng, động cơ thường làm việc ở chế độ non tải, làm
cho hệ số và hiệu suất thấp. Nếu chọn công suất nhỏ hơn trị số u cầu thì sẽ
khơng bảo đảm năng suất cần thiết, động cơ chạy quá tải, giảm tuổi thọ động
cơ, tăng phí tổn vận hành.
* Q trình tính tốn chọn công suất động cơ được chia làm 2 bước :

+ Bước 1 : Chọn sơ bộ động cơ theo trình tự sau.
Xác định cơng suất hoặc mơ men tác dụng trên trục làm việc của hộp tốc độ.
a) - Xác định công suất trên trục động cơ điện và thành lập đồ thị phụ tải tỉnh.
b) - Muốn thành lập đồ thị phụ tải cho truyền động trong một chu kỳ, ta phải xác
định công suất hoặc mô men trên trục động cơ và thời gian làm việc ứng với
từng giai đoạn.
Công suất trên trục động cơ được xác nh theo biu thc :
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

9


TR¦êNG

KHOA:

PC 

PZ



 - là hiệu suất cơ cấu truyền động ứng với phụ tải PZ


M hi
1

M hi  M ms 1  a  b

k pt

Trường hợp riêng thì Mhi = Mhiđm , kpt = 1 tương ứng với   dm
Khi đó :

1
 dm 
1  a dm  bdm
x = a/b = const phụ thuộc vào cấu trúc, khối lượng phần quay và độ phức tạp
của sơ đồ động học khi tính tốn ta thường lấy giá trị trung bình x = 1,5 khi đó ta
sẽ có :

a = 0,6 .(adm + bdm) ;

b = 0,4 .(adm + bdm)

+ Bước 2 : Kiểm nghiệm động cơ theo những điều kiện cần thiết, tuỳ thuộc vào
đặc điểm cơ cấu truyền động mà động cơ đã chọn kiểm nghiệm theo điều kiện
phát nóng, quá tải và mở máy.
2. Phương án chọn cơng suất động cơ cho hệ truyền động chính
Truyền động chính của máy tiện thường làm việc ở chế độ dài hạn, tuy
nhiên khi gia công các chi tiết ngắn, ở các máy trung bình và nhỏ do quá trình
thay đổi ngun cơng và chi tiết thời gian q lớn nên truyền động chính sẻ làm
việc chế độ ngắn hạn lặp lại. Khi xác định công ruất động cơ truyền động chính
phải tiến hành tính tốn ở chế độ nặng nề nhất.
Để chọn công suất động cơ truyền động chính ta cần thực hiện các bước :
+ Bước 1 : Xác định các nguyên công cần thiết trong quá trình gia cơng chi tiết
+ Bước 2 : Từ các yếu tố cắt gọt xác định tốc độ cắt, lực cắt, công suất cắt và
thời gian máy ứng với từng nguyên công.
+ Bước 3 : Chọn nguyên công nặng nề nhất và giả thiết ở chế độ đó máy làm

việc ở chế độ định mức, từ đó tính hiệu suất của máy ứng với từng nguyên công.
+ Bước 4 : Tính cơng suất động cơ ứng với từng ngun cơng.

Gi¸o viªn híng dÉn:
SVTH:

10


TR¦êNG

KHOA:

Pd 

PZ


Giả thiết trong thời gian gá lắp, tháo gở, đo, kiểm tra kích thước động cơ làm
việc khơng tải thì lúc này cơng suất trên trục động cơ chính là công suất không
đổi của máy P0 = a . Pdm
+ Bước 5 : Lập bảng tính tốn và vẽ đồ thị phụ tải
NN

L

t

1
2

Mm
L1
L2

mm
t1
t2



V

FZ

PZ

kpt

i

Pc

Rad/s
1
2

m/ph
V1
V2

N
FZ1
FZ2

kW
PZ1
PZ2

kpt1
kpt2

1
2

kW
Pc1
Pc2

S
mm/v
S1
S2

tM
ph
tM1
tM2

+Bước 6 : Động cơ được chọn theo công suất đẳng trị.

2

Pdt 

2

 P 2Ci .tMi   P 20 j .t0 j
i 1

i 1
2

2

t
i 1

Mi

  t0 j
i 1

Trong đó : Pci , tMi cơng suất trên trục động cơ, thời gian máy của nguyên công
thứ i
P0j , t0j công suất không tải trên trục động
cơ, thời gian làm việc không tải của máy.
P0j = P0
Chọn động cơ có cơng suất định mức lớn
hơn 20 - 30 % công suất đẳng trị:
Pdm = (1,2 - 1,3).Pdt

Bước 7 : Động cơ truyền động chính máy
tiện cần phải được kiểm nghiệm theo điều kiện phát nóng và quá tải.

PTB 

P1 .t M 1  P2 .t M 2  P01 .t 01  P02 .t 02
t M 1  t M 2  t 01  t 02

Với  P1 = (a + b).PC1
 P2 = (a + b).PC2
 P01 = (a + b).PC01
 P02 = (a + b).PCO2

Điều kiện kiểm nghiệm động cơ :  PTB  Pdm
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

11


TR¦êNG

KHOA:

1   dm
Pdm 
.Pdm
 dm
III. TÍNH CHỌN CƠNG SUẤT ĐỘNG CƠ :
1.1 Số liệu ban đầu :

Ta có:
nmin = 10 (vg/ph)
n
10
 min  min 
 1, 047 (rad/s)
9,55 9,55
Vz = 0,5 .dct . ct .60 .10-3 (m/ph)
Vz = 0,5 .dct.min . ct .max .60 .10-3 = 0,5 .dct.max . ct .min .60 .10-3 (m/ph)

Ta có:
 ct .max 

d ct .max .ct .min 1000.1, 047

 2, 094  rad / s 
dct .min
500

 Tốc độ góc của chi tiết

ct 

ct .max  ct .min 2, 094  1, 047

 1, 5705  rad / s 
2
2

Lượng ăn dao:

S2 =

Vad2 .2
4.2

 16( mm / vg )
ct
1,5705

1.2 Số nguyên công :
Theo yêu cầu đề tài ta có hai ngun cơng :
- Ngun công 1 (Khi tiện mặt trụ)
L1 = 400 mm.
- Nguyên công 2 (Khi tiện cắt ngang)
L2 = 500 mm.
Chi tiết gia cơng : Gang, thép CT5 có kích thước
 1000mm x L 500mm.
Để động cơ làm việc với các nguyên công ta chọn :
- Tỷ số truyền i = 10
- Thời gian nghỉ sau mỗi nguyên công là 50 s
1.3 Tính các thơng số đặc trưng cho chế độ cắt :
1.3.1 Xác định tốc độ cắt :
- Khi tiện mặt trụ :

V z1 

Cv
x
y

T m .t1 v .S1 v

- Vật liệu làm giao bằng thép hợp kim cường độ cao
 Cv= 40 ữ 260
Chọn CV = 200
- Vật liệu gia cụng l gang, thộp CT45
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

12


TRƯờNG

KHOA:
xV = 0,15 0,2

Chn xV = 0,15

ã yV = 0,35 ữ 0,8
• m = 0,1 ữ 0,2
• T = 60 ữ 80 ph
Thay số vào ta có :

Vz1 

Chọn yV = 0,35
Chọn m = 0,1
Chọn T = 60 ph

200
 81, 48( m / ph)
60 .20,15.30,35
0,1

Khi tiện ngang :

Vz 2  0,5.dct .ct .60.103  0,5 .1000 . 1,047. 60 .10 3  31,41 (m / ph )
1.3.2 Xác định lực cắt :
n

- Ta có : Fz 9,81.C F .t xF .S yF Vz (N)
Vật liệu chi tiết gia công là gang, thép CT45; vật liệu làm dao là thép hợp kim
cường độ cao nên ta chọn : CF = 300; xF = 1; yF = 0,75; n = - 0,15.
- Khi tiên mặt trụ :
Fz1  9,81 . CF . t1xF . S1 yF . Vz1n  9,81 . 300 . 21. 30,75.81, 480,15  6934,315( N )

- Khi tiện cắt ngang :
Ta có: Vz 2 


t2  0,15

Cv
T m .t2 xv .S 2 yv

Cv
200
0,15


 0,306(mm)
T m .Vz 2 .S2 yv
600,1.31, 41.160,35

Fz 2  9,81 . CF . t2 xF . S2 yF . Vz 2 n  9,81 . 300 .0,3061.160,75. 31, 410,15  4295, 7746( N )
1.3.3 Xác định lực ma sát và lực kéo :
a. Xác định lực ma sát :
Fms = FN. 
FN : là lực tác dụng lên mâm cặp,  = 0,05 ữ 0,08
Fms =[g (mb + mct ) + Fy ].  = (G + G0 + Fy).  (N)
G = 20.000 (N) là trọng lượng của mâm cặp
G0 là trọng lượng của chi tiết gia công.


G0  mct .g  V .D.g  S .L.g .D   ( ) 2 .L.g.D
2
Trong đó : D = 7,8 tấn/m3 = 7800 kg/m3 : khối lượng riêng của chi tiết
1
2

G0 = 3,14.( )2.0,5.7800 = 3061,5 (N)
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

13


TR¦êNG

KHOA:

FN : lực hướng kính được xác định theo tỷ lệ
FZ : FY : FX = 1 : 0,4 : 0,25  FY = 0,4.FZ
- Lực ma sát khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công :
Fms.cad = (G + G0).  = 23061,5. 0,05 = 1153,075 (N)
- Khi tiện mặt trụ :
FY1 = 0,4.FZ1 = 0,4. 6934,315 = 2773,726 (N)
Fms1 = (G + G0 + FY1).  = 1153,075 + 2773,726. 0,05 = 1291,7613 (N)
- Khi tiện cắt ngang :
FY2 = 0,4.FZ2 = 0,4. 4295,7746 = 1718,31 (N)
Fms2 =(G + G0 + FY2).  = 1153,075 + 1718,31. 0,05 = 1238,991 (N)
b. Xác định lực kéo :
FK = Fms + FZ
- Lực ma sát khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công :
FKcad = Fms.cad = 1153,075 (N)
- Khi tiện mặt trụ :
FK1 = Fms1 + FZ1 = 1291,7613 + 6934,315 = 8226,0673 (N)
- Khi tiện cắt ngang :
FK2 = Fms2 + FZ2 = 1238,991 + 4295,7746 = 5534,7651 (N)
1.3.3 Xác định mơ men trên trục chính của máy :

FZ .d
(N.m)
2
- Mơ men trên trục chính của máy khi có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia
cơng :
Mz 

M Z .cad 

M mscad 1153, 075


 576,5375( N .m)
2
2

- Khi tiện mặt trụ :
M Z1 

FZ 1.d1 6934,315.400

 1386863( N .m)
2
2

- Khi tiện cắt ngang :
MZ2 

FZ 2 .d 2 4295, 7746.250

 536971,825( N .m)
2
2

* Mơmen hữu ích trờn trc ng c :

M hi

MZ
i

Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

vi (i = 10)
14


TR¦êNG

KHOA:
- Mơ men hữu ích trên trục động cơ khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi
tiết
M
576,5375
M hi.cad  Zcad 
 57, 65375( N .m)
i
10
+ Khi tiện mặt trụ :
M hi1 

M Z 1 1386863

 138686,3 (N.m)
i
10

+ Khi tiện cắt ngang :
M hi.2 

M Z 2 536971,825

 53697,1825 (N.m)
i
10

Chọn giá trị định mức ứng với nguyên công nặng nề nhất
Mđm = Mhi max = Mhi1 = 138686,3 (N.m)
- Hệ số phụ tải:
M
138686,3
k pt1  hi1 
1
M dm 138686,3
Chọn  dm 0,85
Ta có :

1
 dm 
0,85
1  adm  bdm

 adm  bdm  1  dm  1  0,85  0,1765
dm

0,85

+ Hệ số tổn hao không biến đổi :
a = 0,6.( ađm + bđm) = 0,6.0,176 = 0,106
+ Hệ số tổn hao biến đổi :

b = 0,4.( ađm + bđm) =0,4.0.176 = 0,0705
Nguyên công nặng nề nhất ứng với nguyên công 2 khi tiện trụ:
- Khi tiện trụ:

1 

1
1

 0,85  dm
a
0,1
1
 b 1
 0.07
k pt1
1

- Khi tiện ngang:
K pt 2 

M hi 2 53697,1825

 0,39
M dm
138686,3

Gi¸o viªn híng dÉn:
SVTH:

15


TR¦êNG

KHOA:


2 

1

1
a
k pt 2

b



1
 0, 753
0,1
1
 0, 07
0,39

- Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công :

k pt .cad 

cad 

M hicad 57, 65375

 0, 00042
M dm
138686,3

1

1
a
k ptcad

b



1
 0, 0039
0,1
1
 0, 07
0, 00042

1.3.4 Xác định công suất cắt :
PZ 

FK .VZ
(kW)

60.10 3

Khi tiện mặt trụ :
+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công :
F .V
1153, 075.81, 48
PZ 1.cad  Kcad 3Z 1 
 1,57( kw)
60.10
60.103
+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công :

FK 1.VZ 1 8226, 0673.81, 48

 11,171(kw)
60.103
60.103
- Khi tiện cắt ngang :
+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công :
F .V
1153, 075.31,41
PZ 2.cad Kcad Z3 2 
 0, 6(kw)
60.10
60.103
+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công :
PZ 1 

PZ 2 

FK 2 .VZ 2 5534, 7651.31,41

 2,897( kw)
60.103
60.103

1.3.5 Xác định công suất trên trục động cơ :
PC 

PZ
(kW )


Khi tiện mặt trụ :
+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công :
P
1, 57
PC1.cad  Z 1cad 
 402,56 (kw)
cad
0, 0039
+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tit gia cụng :
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

16


TR¦êNG

KHOA:
PC1 

PZ 1 11,171

 13,14 ( kw)
1
0,85

- Khi tiện cắt ngang :
+ Khi máy có tải nhưng dao chưa ăn vào chi tiết gia công :
P
0, 6
PC 2.cad  Z 2 cad 
 153,846 (kw)
cad
0, 0039
+ Khi máy có tải dao ăn vào chi tiết gia công :
P
2,897
PC 2  Z 2 
 3,85(kw)
2 0, 753
Giả thiết trong quá trình tháo lắp chi tiết kiểm tra kích thước, chuyển đổi từ
nguyên công này sang nguyên công khác. Động cơ quay không tải, công suất
gọi là công suất không tải của máy :
P01 = a.Pđm1 = 0,1.402,56 = 40,256 (kw)
P02 = a. Pđm2 = 0,1.153,846 = 15,3846 (kw)
1.3.6 Xác định thời gian máy :
Ta có :

tM 

L
L
2 .L


n.S ct .S ' ct .S
tM 1 

- Khi tiện mặt trụ:

2 .L1 2 .400
2

 40( s)  ( ph)
ct1.S1 200 .3
3
9,55

- Khi tiện ngang:

tM 2

L2 .103 2 .L2
2 .500




 125(s )  2, 084( ph)
Vad
ct 2 .S 2 1,5705.16

1.3.7 Chọn tốc độ động cơ :
60.103.VZ max 60.103.VZ 1 60.103.81, 48


 1556,943 (vg/ph)
n=
 .d max
 .d max
3,14.1000

1.3.8 Phạm vi điều chỉnh :
D=

VZ max VZ min VZ max .d ct .max 81, 48.1000
:


 5, 2
d ct min d ct max VZ min .d ct min
31, 41.500

1.3.9 Chọn cơng suất động cơ :
Các số liệu tính toỏn c ghi vo bng sau :
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

17


TR¦êNG

KHOA:
N
C

L
mm

t
mm

1
2

500
1000

2
0,31

S
mm/v
g
3
16

VZ
m/ph

ct

FZ
N

PZ
KW

81,48
31,41

1,05 6934,315 11,171
1,57 4295,775 2,897



PC
KW

tM
ph

0,85
0,753

13,14
3,85

0,67
2,08

KPt
1
0,39

Cơng suất động cơ được chọn theo công suất đẳng trị :
Pdt 

2

2

i 1

i 1
2

 P 2ci .tMi   P 20 j .t0 j
2

t
i 1

Mi

  t0 j



(13,14) 2 .0, 67  (3,85) 2 .2, 08  (40, 256 2  15,3846 2 ).0,83
0, 67  2, 08  2.0,83

i 1

 19,565(kw)

Công suất định mức của động cơ được chọn là: Pđm  (1,2 - 1,3).Pđm
Pđm  1,3.15,565 = 25,4 (kW)
Động cơ được chọn là động cơ một chiều kiểu H  290 , vỏ bảo vệ, làm việc
dài hạn có phạm vi điều chỉnh tốc độ 1: 2.
Kiểu

Pđm
n (vg/ph)
Iđm (A)
rkt
RU + RCTF
(kW)
H  290
46,5 1500 - 1800
238
59
0,035
1.3.10 Kiểm nghiệm động cơ :
Kiểm nghiệm bằng phương pháp tổn thất trung bình.
P .t  P2 .t M 2  P01.t01  P02 .t02
PTB  1 M 1

tM 1  tM 2  t01  t02

nmax

U (v)

1800

220 v

Với  P1 = (a + b).PC1 = 0,17.13,14 = 2,32 (kW)

 P2 = (a + b).PC2 = 0,17.3,85= 0,68 (kW)
 P01 = (a + b).PC1cad = 0,17. 402,56 = 71(kW)
 P02 = (a + b).PC2cad = 0,17.153,846= 27,15 (kW)
Ta có: PTB 

2,32.0, 67  0, 68.2, 08  71.0,83  27,15.0,83
 19,146 (kw)
0, 67  2, 08  2.0,83

Điều kiện kiểm nghiệm động cơ :  PTB   Pđm
1  dm
1  0,85
Pdm 
.Pdm 
.153,846  27,15 (kW)
dm
0,85
Ta thấy  PTB = 19,146 (kW) <  Pđm = 27,15 (kW)

Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

18


TR¦êNG

KHOA:
Động cơ được chọn thỏa mản với điều kiện phát nóng, phù hợp với tốc độ
và yêu cầu của đề tài.

Đồ thị phụ tải của động cơ

PHẦN II

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
I . KHÁI NIỆM CHUNG :
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các máy sản
xuất ngày một đa dạng dẫn đến hệ thống trang bị điện ngày càng phức tạp và đòi
hỏi sự chính xác và tin cậy cao. Một hệ thống truyền động không những phải
đảm bảo được yêu cầu công nghệ, mà còn phải ổn định. Tuỳ theo loại máy cơng
tác mà có những u cầu khác nhau, rất cần thiết cho giữ ổn định tốc độ, mô
men với độ chính xác nào đó trước sự biến động về tải và các thơng số nguồn.
Do đó bộ biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành một chiều đã và đang c
s dng rng rói.
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

19


TR¦êNG

KHOA:
Bộ biến đổi này có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau để tạo ra như hệ
thống máy phát, khuếch đại từ, hệ thống van. Chúng được điều khiển theo những
nguyên tắc khác nhau với những ưu điểm khác nhau. Do đó để có được một
phương án phù hợp với từng loại cơng nghệ địi hỏi các nhà thiết kế phải so sánh
những chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật để đưa ra phương án tối ưu.
1. Nội dung phương án :
Trên thực tế có rất nhiều phương án để giải quyết. Tuy nhiên mỗi phương án
có những ưu nhược điểm của nó. Nhiệm vụ của nhà thiết kế phải chọn ra phương
án tối ưu nhất.
Đối với những hệ thống truyền động điện đơn giản khơng có những u cầu cao
thì chỉ cần dùng động cơ điện xoay chiều với hệ thống truyền động đơn giản.
Với hệ thống truyền động phức tạp có u cầu cao về cơng nghệ, chất lượng
như điều chỉnh trơn, dải điều chỉnh rộng thì phải dùng động cơ điện một chiều.
Các hệ điều chỉnh kèm theo phải đảm bảo các yêu cầu công nghệ và có khả năng
tự động hóa cao.
Như vậy, để chọn được hệ thống truyền động phù hợp thì chúng ta phải dựa
vào công nghệ của máy, công suất làm việc để đưa ra những phương án cụ thể để
đáp ứng yêu cầu của nó. Để chọn được phương án tốt nhất trong các phương án
đặt ra thì cần phải so sánh về kỹ thuật và kinh tế
Đối với truyền động của động cơ điện một chiều thì bộ biến đổi rất quan
trọng, nó quyết định đến chất lượng hệ thống. Do vậy việc lựa chọn phương án
và lựa chọn bộ biến đổi thông qua việc xét các hệ thống.
2. Ý nghĩa của việc lựa chọn :
Việc lựa chọn phương án hợp lý có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nó được thể

hiện qua các mặt.
+ Đảm bảo được yêu cầu công nghệ máy sản xuất.
+ Đảm bảo được sự làm việc lâu dài, tin cậy.
+ Giảm giá thành sản phẩm, tăng năng suất.
+ Dể dàng sữa chữa, thay thế khi xẩy ra sự cố.
II. CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG:
Gi¸o viªn híng dÉn:
SVTH:

20


TR¦êNG

KHOA:
1. Hệ truyền động máy phát - Động cơ : (F - Đ)
Trong hệ truyền động máy phát - Động cơ (F - Đ) nguồn cung cấp phần ứng
động cơ là bộ biến đổi máy điện (máy phát điều khiển kích từ độc lập).
Sơ đồ nguyên lý :

Động cơ Đ truyền động cho máy sản xuất, máy sản xuất được cấp điện
phần ứng từ máy phát F. Động cơ sơ cấp kéo máy phát F và động cơ một chiều
KĐB ĐK, động cơ ĐK cũng kéo máy phát tự kích từ K để cấp điện kích từ cho
động cơ Đ và máy phát F. Biến trở RKK dùng để điều chỉnh dịng điện kích từ
của máy phát tự kích từ F. Nghĩa là để điều chỉnh điện áp phát ra cấp cho các
cuộn kích từ máy phát KTF và cuộn dây động cơ KTĐ. Biến trở RKF dùng để
điều chỉnh dịng kích từ máy phát F, do đó điện áp phát ra của máy phát F đặt
vào phần ứng động cơ Đ. Biến trở RKĐ dùng để điều chỉnh dòng kích từ động
cơ, do đó thay đổi tốc độ động cơ nhờ thay đổi từ thơng.
Phương trình đặc tính cơ của động cơ của động cơ Đ



Với U = UF - R .I hay

Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

U
I .R
u u
k d k d

E.F RuD  RuE

.I u
k d
k d

21


TR¦êNG

KHOA:
Từ phương trình đặc tính cơ của
hệ F - Đ ta có họ đặc tính cơ của
hệ là những đường thẳng song
song nằm ở cả bốn góc phần tư
của mặt phẳng tọa độ với đặc tính
cứng

* Đánh giá chất lượng của hệ thống :
- Ưu điểm :
+ Phạm vi điều chỉnh dễ dàng và lớn,
+ Có khả năng điều chỉnh rất bằng phẳng,
+ Tổn hao khi mở máy, đảo chiều quay và khi điều chỉnh tốc độ bé, vì quá trình
nàu được thực hiện trên mặt kích từ.
+ Có thể đảo chiều động cơ một cách dễ dàng.
+ Có khả năng quá tải cao.
+ Đặc tính quá độ tốt, thời gian quá độ ngắn
+ Điện áp đầu ra của máy phát bằng phẳng có lợi cho động cơ
+ Có khả năng giử cho đặc tính cơ của động cơ cao và khơng đổi trong q
trình làm việc.
- Nhược điểm :
+ Hệ thống sử dụng nhiều máy điện quay cho nên gây ồn, kết cấu cơ khí cồng
kềnh chiếm nhiều diện tích.
+ Tổng cơng suất đặt lớn.
+ Vốn đầu tư ban đầu lớn.
+ Máy điện một chiều thường có từ dư lớn, đặc tính từ hóa có trể nên khó điều
chỉnh sâu tốc độ.
2 Hệ truyền động tiristo - Động cơ (T - )

Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

22


TR¦êNG

KHOA:

Sơ đồ gồm :
- FT : Máy phát tốc dùng để phản hồi âm tốc độ phần ứng của động cơ.
- BBĐ : Bộ biến đổi dùng tiristor biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một
chiều cấp cho động cơ.
- Đ : Động cơ một chiều kích từ độc lập kéo máy sản xuất.
- TH&KĐ : Khâu tổng hợp và khuếch đại tín hiệu.
- UCd : tín hiệu đặt vào.
-  .n : tín hiệu phản hồi âm tốc độ.
* Nguyên lý làm việc của hệ thống :
Giả thiết ban đầu hệ thống đã được đóng vào lưới điện với điện áp thích
hợp, lúc này động cơ vẫn chưa làm việc. Khi đặt vào hệ thống một điện áp ứng
với một tốc độ nào đó của động cơ thông qua khâu tổng hợp khuếch đại và mạch
phát xung (FX) sẽ xuất hiện các xung đưa tới cực điều khiển của các van bộ biến
đổi. Nên lúc này các van đó đang đặt điện áp thuận thì van đó sẽ mở.
Đầu ra của BBĐ có điện áp UCd đặt lên phần ứng của động cơ dẫn đến
động cơ quay, tốc độ của nó ứng với UCd ban đầu.
Trong quá trình làm việc, nếu một ngun nhân nào đó làm cho tốc độ động cơ
giảm thì ta thấy : Uđk = Ucd -  .n , nên khi n giảm  Uđk tăng   giảm  Uđ
tăng  n tăng tới điểm làm việc yêu cầu. Khi n tăng quá mức cho phép thì quá
trình xẩy ra ngược lại, chính là quá trính ổn định tốc độ.
* Họ đặc tính của hệ thống
Sức điện động của BBĐ: Eb = Ebm . cos  = Ub (Ub = U đầu ra của bộ biến đổi)
Eb = Kđk = Ucđ . Kb (U - .n)
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:



= arc cos.

K dk K b (U d  .n)
Ebm

23


TR¦êNG

KHOA:
Phương trình đặc tính cơ của hệ thống :


Ud
R  Ru K dk .K b .(U d  n) Rb  Ru
 b


K d  d K d . d
K d . d
K d . d

K .K .U
Rb  Ru
  dk b d 
Iu
1  .K dk .K b 1  .K dk .K b

Họ đặc tính cơ của hệ thống như hình vẽ :

* Đánh giá chất lượng của hệ thống :
- Ưu điểm :
+ Tác động nhanh khơng gây ồn và dễ tự động hóa do các van bán dẫn có hệ số
khuếch đại cơng suất cao.
+ Cơng suất tổn hao nhỏ, kích thước và trọng lượng nhỏ. Giá thành hạ dễ bảo
dưỡng, sửa chữa.
- Nhược điểm :
+ Mạch điều khiển phức tạp, điện áp chỉnh lưu có biểu đồ đập mạch cao, gây
đến tổn thất phụ đáng kể trong động cơ và hệ thống.
+ Chuyển đổi làm việc khó khăn hơn do đường đặc tính nằm trong ở mặt
phẳng tọa độ.
+ Trong thành phần của hệ biến đổi có máy biến áp nên hệ số cos  thấp.
+ Do vai trò chỉ dẫn dòng một chiều nên việc chuyển đổi chế độ làm việc khó
khăn đối với các hệ thống đảo chiều.
+ Do có vùng làm việc gián đoạn của đặc tính nên khơng phù hợp truyền động
động cơ tải nhỏ.
III - CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN NG :
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

24


TR¦êNG

KHOA:
Q q trình phân tích hai hệ thơng F - Đ và T- Đ ta thấy chúng có những
ưu điểm nhược điểm nhất định. Cả hai hệ thống đều đáp ứng được yêu cầu công
nghệ đặt ra.
Nhưng xét về chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật thì mổi hệ thống đạt được những đặc

điểm khác nhau. Cụ thể ta thấy hệ F-Đ dể điều chỉnh tốc độ, chuyển đổi trạng
thái hoạt động linh hoạt vì đặc tính hệ thống năm đều bốn góc phần tư. Với hệ
thống F-Đ khi lắp đặt chiếm diện tích lớn, cồng kềnh nhưng hiệu suất lại không
cao. Khi làm việc lại gây ồn ào, rung động mạnh, công lắp đặt lớn, vốn đầu tư
cao.
Trong giai đoạn CNH - HĐH ngày nay với xu thế chung hướng tới mục tiêu
yêu cầu tối ưu nhất đảm bảo tính khoa học, gọn nhẹ khơng gây ồn, ít ảnh hưởng
đến môi trường xung quanh. Với hệ truyền động F-Đ, mặc dù có nhiều ưu điểm
nhưng cịn nhiều hạn chế chưa đáp ứng được yêu cầu CNH - HĐH hiện nay.
Ngày nay với nền công nghiệp hiện đại người ta đang dần tiền hành thay thế hệ
thống truyền động F-Đ bằng các hệ truyền động khác. Với hệ truyền động T-Đ
có hệ số khuếch đại lớn, dể tự động hoá do tác động nhanh chính xác, cơng suất
tổn hao nhỏ. Kích thước nhỏ và gọn nhẹ.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học cơng nghệ xu hướng tự động hố
các hệ thống tự động, gia cơng chính xác nên điều khiển hệ thống được thực
hiện bằng cách lắp ghép hệ thống với các bộ điều khiển tự động như PLC, vi xử
lý.
Nhìn chung hệ thống T-Đ đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Với những ưu điểm
và những đặc điểm phù hợp cách truyền động. Vậy em quyết định chọn phương
án truyền động T - Đ.
Bởi vì hệ T-Đ có chế độ tác động nhanh và dễ tự động hoá, phù hợp với yêu
cầu của sự phát triển khoa học kỹ thuật đó là tối ưu hố, tự động hố gia cơng
chi tiết chính xác, độ tin cậy cao, giảm được sức lao động và tăng năng suất, kích
thước cơ khí gọn nên phần cơ khí của máy gọn tạo nên tính thẩm mỹ của hệ
thống. Vì thế kinh tế vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn nhiu so vi h
truyn ng F-.
Giáo viên hớng dẫn:
SVTH:

25