THIẾT KẾ MÁY KHOAN ĐỨNG DỰA TRÊN CƠ SỞ MÁY KHOAN K135

THIẾT KẾ MÁY KHOAN ĐỨNG DỰA TRÊN CƠ SỞ
MÁY KHOAN K135
Phần 1 : PHÂN TÍCH MÁY CHUẨN
1.1 Máy chuẩn : máy K135 với các thông số như sau :
Đặc tính kỹ thuật

Máy khoan K135

Đường kính lớn nhất khoan được (mm)

35

Khoảng cách từ đường trục tâm chính tới trụ (mm)
Khoảng cách lớn nhất từ mút trục chính tới bàn máy (mm)

300
750

Kích thước bề mặt làm việc bàn máy (mm x mm)
Độ côn trục chính

450x500
Mooc N  4

Dịch chuyển lớn nhất của trục chính (mm)

170

Số cấp tốc độ trục chính
Phạm vi tốc độ trục chính (vg/ph)

12
42 - 2000

Số cấp bước tiến

11

Phạm vi bước tiến ( mm/vg)
Lực tiến dao (kG)

0,1 – 1,4
1600

Mômen xoắn (kG.cm)
Công suất động cơ chính (kW)

4000
6

Khối lượng máy (kg)

1300

Kích thước của máy :
- Dài
- Rộng
- Cao

1245
815

2690

2. Khả năng công nghệ của máy khoan :
Máy khoan có các khả năng công nghệ chủ yếu:
+ Gia công các lỗ thông hay không thông, lỗ côn hay trụ…
+ Gia công mở rộng lỗ bằng dao khoét
+ Gia công tạo độ bóng cao cho lỗ bằng dao doa
+ Gia công ren bằng mũi tarô
+ Ngoài ra còn gia công các bề mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hay cùng chiều trục
với mũi khoan.
3. Phân tích các chuyển động tạo hình:


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Để tạo nên các bề mặt gia công cần có các chuyển động tạo hình:
+ Chuyển động chính là chuyển động quay tròn của dao.
+ Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến do dao thực hiện.
Ngoài ra còn có chuyển động phụ là chuyển động tịnh tiến của bàn máy nhờ cơ cấu
trục vitme.
Như vậy để thiết kế máy khoan ta cần tạo ra chuyển động quay tròn của trục chính
(trục gá dao) và chuyển động lên xuống của trục dao tạo ra chiều sâu cắt. Ngoài ra cần
tạo ra chuyển động tịnh tiến lên xuống của bàn gá phôi để tạo điều kiện cho dao thực hiện
các khả năng công nghệ đúng yêu cầu. Để thực hiện các chuyển động ấy ta phải thiết kế
một xích tốc độ để tạo ra nhiều cấp tốc độ khác nhau cho trục chính và cho xích chạy dao.
Sơ đồ kết cấu động học:
Phuong án 1
3

2

4

1

ĐC

6 iv

5
S

Phuong án 2

7

4

is
8
9

10

2

3
iv

1

ĐC
5

S

is
6

V
Phuong án 3
3

4

2 1

8
ĐC1

iv
S

9

5
6
is
7

7

V

ĐC2

8

V
4. Tính toán xác định các thông số kỹ thuật cơ bản của máy:
4.1. Thông số động học:

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 2


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Gia công những chi tiết có kích thước, vật liệu khác nhau, yêu cầu kĩ thuật khác nhau,
điều kiện chế tạo khác nhau dẫn đến đưa lý thuyết cắt gọt và lý thuyết về năng suất máy,
để xác định giới hạn tốc độ Vmax, Vmin, phải đảm bảo các trị số biến đổi kích thước trong
phạm vi trên. Những kích thước này quy thành số vòng quay của trục chính.
Rn =

Phạm vi điều chỉnh tốc độ:
n max =

n max
n min

1000Vmax
1000Vmin
(vg/ph); n min =
(vg/ph)
πD min
πD max

nmax, nmin – số vòng quay lớn nhất, nhỏ nhất của trục chính
Vmax, Vmin – tốc độ lớn nhất, nhỏ nhất (m/ph)
Dmax, Dmin – đường kính lớn nhất, nhỏ nhất của chi tiết gia công (mm).
⇒ Rn =

Vmax D max
.
= R v .R D
Vmin D min

Rv – phạm vi điều chỉnh tốc độ
RD – phạm vi điều chỉnh đường kính gia công.
Thông thường R D =

D max
= 4 ÷8
D min

Chọn phạm vi điều chỉnh RD = 5

Dmax = 35 (mm) ⇒ Dmin = 7 (mm)
a. Chế độ cắt:
Máy khoan có thể gia công được các loại thép: thép kết cấu, thép không gỉ, thép chịu
nhiệt, thép đúc…; các loại gang dẻo, gang xám; hợp kim đồng, hợp kim nhôm…vv.
Để đảm bảo máy làm việc với năng suất cao nhất, đồng thời đảm bảo chất lượng của
chi tiết gia công thì máy thiết kế cần phải có khả năng để lựa chọn chế độ cắt thích hợp
nhất.
+ Chiều sâu cắt t:

t=

D
(mm)
2

Dmax = 35 (mm) ⇒ tmax = 17,5 (mm)
Dmin = 7 (mm) ⇒ tmin = 3,5 (mm).
+ Lượng chạy dao S:
Lượng chạy dao S tra trong bảng 5.25 (trang 21) sổ tay CNCTM tập 2 với cách tra
dựa vào đường kính gia công.
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 3


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Đối với thép: Smax = 0,78 (mm/vg); Smin = 0,09 (mm/vg)

Đối với gang, hợp kim đồng, hợp kim nhôm: S max = 1,19 (mm/vg); Smin = 0,18
(mm/vg).
Suy ra ta chọn Smax = 1,19 (mm/vg) và Smin = 0,09 (mm/vg)
+ Vận tốc cắt:
C v .D q
V = m y .K v (m/ph)
T .S

Ta có:

Trong đó: Cv, q, y, m tra sổ tay CNCTM tập 2 tra bảng 5.28
Kv = Kmv.Kuv.Klv
Kmv – hệ số phụ thuộc vật liệu gia công (bảng 5.1 ÷ 5.4)
Kuv – hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt (bảng 5.6)
Klv – hệ số phụ thuộc vào chiều sâu khoan (bảng 5.31)
Tra bảng thông số tốc độ cắt ta có: Vmax = 30,66 (m/ph), Vmin = 4,62 (m/ph)
Ta suy ra được số vòng quay lớn nhất và nhỏ nhất của động cơ:
n max =

1000Vmax 1000.30,66
=
= 1395 (vg/ph)
πD min
3,14.7

n min =

1000Vmin 1000.4,62
=
= 42 (vg/ph)

πD max
3,14.35

Phạm vi điều chỉnh tốc độ:

Rn =

n max 1395
=
= 33,21
n min
42

b. Chọn công bội ϕ:
Máy khoan sản phẩm không đa dạng, mức độ chuyên môn hóa thấp, chỉ dùng sản xuất
đơn chiếc. Vì vậy đối với máy khoan ta thiết kế hộp tốc độ với công bội ϕ = 1,41; còn
hộp chạy dao do sử dụng cơ cấu đặc biệt là cơ cấu then kéo nên ta chọn công bội ϕ =
1,26.
Số cấp tốc độ của máy: Z v =

ln R n
ln 33,21
+1 =
+ 1 = 11,19
ln ϕ
ln1,41

Chọn Z = 12
Các số vòng quay theo số vòng quay tiêu chuẩn ta chọn
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 4


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

n1 = nmin = 42,5 (vg/ph)
n2 = 60 (vg/ph)
n3 = 87 (vg/ph)
n4 = 122 (vg/ph)
n5 = 173 (vg/ph)
n6 = 250 (vg/ph)
n7 = 338 (vg/ph)
n8 = 482 (vg/ph)
n9 = 696 (vg/ph)
n10 = 995 (vg/ph)
n11 = 1390 (vg/ph)
n12 = 2000 (vg/ph)
Số vòng quay tính toán (hay số vòng quay tới hạn)
n t = n min 4

n max
2000
= 42.4
= 110,33 (vg/ph)
n min
42

Phạm vi điều chỉnh lượng chạy dao là: R s =

Smax 1,19
=
= 13,2
Smin 0,09

Chọn ϕ = 1,26
Zs =

ln R s
ln13,2
+1 =
+ 1 = 12,16
ln ϕ
ln1,26

Chọn Zs= 12
Các giá trị lượng tiến dao là:
S1 = Smin = 0,1 (mm/vg)
S2 = S1.ϕ = 0,1.1,26 = 0,126 (mm/vg) ⇒ chọn S2 = 0,13 (mm/vg)
S3 = S1.ϕ2 = 0,1.1,262 = 0,15876 (mm/vg) ⇒ chọn S3 = 0,17 (mm/vg)
S4 = S1. ϕ3 = 0,1.1,263 = 0,2 (mm/vg) ⇒ chọn S4 = 0,22 (mm/vg)
S5 = S1. ϕ4 = 0,1.1,264 = 0,252 (mm/vg) ⇒ chọn S5 = 0,28 (mm/vg)
S6 = S1. ϕ5 = 0,1.1,265 = 0,316 (mm/vg) ⇒ chọn S6 = 0,38 (mm/vg)
S7 = S1. ϕ6 = 0,1.1,266 = 0,4 (mm/vg) ⇒ chọn S7 = 0,5 (mm/vg)
S8 = S1. ϕ7 = 0,1.1,267 = 0,533 (mm/vg) ⇒ chọn S8 = 0,63 (mm/vg)
S9 = S1. ϕ8 = 0,1.1,268 = 0,635 (mm/vg) ⇒ chọn S9 = 0,82 (mm/vg)
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 5


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

S10 = S1. ϕ9 = 0,1.1,269 = 0,8 (mm/vg) ⇒ chọn S10 = 1,05 (mm/vg)
S11 = S1. ϕ10 = 0,1.1,2610 = 1,009 (mm/vg) ⇒ chọn S11 = 1,4 (mm/vg)
S12 = S1. ϕ11 = 0,1.1,2611 = 1,27 (mm/vg) ⇒ chọn S12 = 1,8 (mm/vg).
4.2. Tính công suất, chọn động cơ:
Khi thiết kế máy cần phải tiến hành xác định công suất động cơ điện, để tạo cơ sở cho
việc tính toán động lực học của các chi tiết và bộ phận máy.
a. Xác định công suất động cơ truyền động chính:
Nc =

Công suất cắt:

M x .n t
9750

Mx = 10.CM.Dq.Sy.kp
Với CM = 0,0345; q = 2; y = 0,8; kp = 1(tra sổ tay CNCTM T.2)
⇒ Mx = 10.0,0345.352.0,780,8.1 = 346,442 (Nm)
⇒ Nc =

346,442.110,33
= 3,92 (KW)
9750

Trong máy khoan công suất động cơ truyền dẫn chính gồm 3 phần:
Nđcv = Nc + No + Np
No – công suất chạy không
Np – công suất tiêu hao phụ
Thường Nc = (0,7 ÷ 0,8) Nđc nên có thể tính gần đúng công suất động cơ điện theo
N đcv =

công suất cắt:

Nc
η

Với η = (0,7 ÷ 0,85) đối với các máy có chuyển động quay tròn.
Chọn η = 0,75
⇒ N đcv =

N c 3,92
=
= 5,23 (KW)
η
0,75

b. Công suất chạy dao:
Công suất chạy dao được tính theo tỉ lệ phần trăm công suất truyền dẫn chính:
Nđcs = K.Nđcv
Với máy khoan K = 0,04
⇒ Nđcs = 0,04.5,23 = 0,2092 (KW)

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 6


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Trong máy khoan dùng một động cơ cho truyền dẫn chính lẫn truyền dẫn chạy dao
nên:
Nđc = Nđcv + Nđcs = 5,23 + 0,2092 = 5,4392 (KW)
Chọn loại động cơ điện che kín có quạt gió loại AO2 với công suất động cơ N = 5,5
(KW), tốc độ quay của động cơ nđc = 1450 (vg/ph).

5. Thiết kế động học toàn máy:
5.1 Thiết kế động học hộp tốc độ:
Hộp tốc độ là bộ phận quan trọng trong máy cắt kim loại nói chung và trong máy
khoan nói riêng, nó dùng để thực hiện những nhiệm vụ sau:
-

Truyền công suất từ động cơ điện đến trục chính.

-

Đảm bảo phạm vi điều chỉnh cần thiết cho trục chính hay trục cuối cùng của
hộp tốc độ với cùng công bội ϕ và số cấp tốc độ Z yêu cầu.

Từ các thông số cơ bản Rn, ϕ, và z ta có thể thực hiện nhiều phương án về kết cấu của
hộp tốc độ với cách bố trí số vòng quay, số trục, hệ thống bôi trơn, điều khiển v.v… rất
khác nhau. Do đó, ta cần phải lựa chọn phương án thích hợp nhất dựa vào yêu cầu sau
đây:

-

Các giá trị số vòng quay từ n 1 ÷ n12 và hệ số cấp vòng quay ϕ phải phù hợp với
trị số tiêu chuẩn.

-

Các chi tiết máy tham gia vào việc thực hiện truyền động phải đầy đủ độ bền,
độ cứng vững để đảm bảo truyền động chính xác, nhất là đối với trục chính.

-

Kết cấu của hộp tốc độ phải đơn giản, xích truyền động phải hợp lý để đạt hiệu
suất truyền động cao (80 ÷ 90%). Cơ cấu phải dễ dàng tháo lắp, điều chỉnh và
sửa chữa.

-

Điều khiển phải nhẹ nhàng và an toàn.

Với những yêu cầu trên, ta tiến hành phân tích, lựa chọn một phương án phù hợp với
các chỉ tiêu về kỹ thuật, kinh tế trong điều kiện cho phép.
5.1.1. Thiết kế phương án không gian:
a. Tính số nhóm truyền tối thiểu:
x = 1,6. log

2000
= 2,68
42

Chọn x = 3
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 7


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Vậy số nhóm truyền tối thiểu là x = 3.
b. Lựa chọn phương án không gian:
Với số cấp tốc độ Z = 12 ta có các phương án không gian là: 3x2x2, 2x3x2, 2x2x3.
Vậy ta có 3 phương án bố trí không gian vì các nhóm truyền dùng chung bánh răng di
trượt…nên ta chọn phương án nào là tối ưu nhất.
Sơ đồ các phương án không gian:
Phương án 3x2x2:

Phương án 2x3x2:

Phương án 2x2x3:

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 8


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Ta so sánh các phương án không gian với các chỉ tiêu đánh giá sau:
+ So sánh tổng số trục của các phương án không gian:
Str = x + 1 ( x số nhóm truyền)
Tổng số trục của các phương án đều bằng nhau: Str = 3 + 1 = 4 (trục)
n

+ Tổng số răng trong hộp của các phương án đều bằng nhau:

SBr = 2 ∑ Px
x =1

Px – số bánh răng trong nhóm truyền thứ x
SBr = 2(3+2+2) = 2(2+3+2) = 2(2+2+3) = 14 (bánh răng)
+ Chiều dài hộp: L = ∑ b + ∑ f
Với b = (6 ÷ 10)m; m ≤ 4
m – mođun; f – các loại khe hở
Ta có chiều dài hộp đều như nhau
+ Chú ý số lượng bánh răng chịu momen xoắn ở trục cuối cùng
+ Chú ý các cơ cấu đặc biệt dùng trong ly hợp ma sát, phanh…
Lập bảng so sánh:
PAKG

3x2x2

2x3x2

2x2x3

Tổng số bánh răng

14

14

14

Tổng số trục

4

4

4

Chiều dài trục L (mm)

L

L

L

Số bánh răng trục ra

2

2

3

Yếu tố so sánh

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 9


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Từ bảng ta có thể chọn phương án không gian là 3x2x2 hoặc 2x3x2.
Vì phương án 3x2x2 có 3 bánh răng chịu tốc độ cao nên dẫn đến mau mòn, không
kinh tế. Vậy ta chọn phương án không gian 2x3x2 là tốt nhất.
5.1.2. Phân tích và chọn phương án thứ tự:
Với phương án không gian tối ưu mà ta đã lựa chọn ở trên ta có nhiều phương án thay
đổi thứ tự khác nhau.
Số phương án thay đổi thứ tự được tính theo công thức:

q = m!

m – số nhóm bánh răng truyền dẫn trong hộp tốc độ
m = 3 ⇒ q = 3! = 6
Ta có các phương án thứ tự:
1) Z =

2x3x2

2) Z =

2x3x2

3) Z = 2 x 3 x 2

PATT

I II III

PATT

I

PATT II

1 2 6

III II

1 4 2

I III

3 1

6

4) Z = 2 x 3 x 2

5) Z =

2x3x2

6) Z =

2x3x2

PATT

PATT

III

PATT

III II

II III I
2 4 1

I II

6 1 3

6

I

2 1

Vì số vòng quay trục chính là cấp số nhân nên các tỷ số truyền trong từng nhóm cũng
là cấp số nhân có công bội ϕxi (i = 0, 1, 2, 3….).
+ xi gọi là đặc tính hay lượng mở của nhóm truyền động, là số nguyên phụ thuộc vào
thứ tự hoán vị các nhóm truyền.
+ Tỷ số truyền và lượng mở phải nằm trong giới hạn cho phép:
ϕXmax = ϕX(p-1)
ϕX(p-1) ≤ 8
Trong đó:

x – lượng mở giữa 2 tia lân cận
p – số tỷ số truyền trong nhóm

Lập bảng so sánh các phương án thứ tự:
PAKG

2x3x2

2x3x2

2x3x2 2x3x2 2x3x2 2x3x2

PATT

I II III

I III II

II I III

II III I

III I II

III II I

Lượng mở

1 2 6

1 4 2

3 1 6

2 4 1

6 1 3

6 2 1

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 10


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

Lượng mở max
ϕXmax ≤ 8

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

6

4

6

4

6

6

7,86

3,95

7,86

3,95

7,86

7,86

Từ bảng so sánh ta có 4 phương án thứ tự thích hợp có lượng mở thỏa mãn ta vẽ lưới kết
cấu như sau:
a) PATT:

I II

III

(1) (2) (6)
I
i1

i2
II

i3

i4

i5
III
i7

i6

IV
1

b) PATT:

2

3

4

5

6

7

8

II I

III

9

10

11

12

(3) (1) (6)

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 11


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

I
i1

i2
II

i3

i5

i4

III
i7

i6

IV
1

2

3

4

5

6

c) PATT:

7

III

8

I

9

10

11

12

II

(6) (1) (3)
I
i1

i2
II

i3

i5

i4

III
i7

i6

IV
1

d) PATT:

2

3

4

5

6

7

III

8

II

9

10

11

12

I

(6) (2) (1)
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 12


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

I
i1

i2
II

i3

i5

i4

i6

i7

III

IV
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Một phương án thứ tự tốt là phương án có phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền trong các
nhóm truyền động nằm trong giới hạn cho phép. Lượng mở cũng như các tia đặc trưng
cho tỷ số truyền thay đổi từ từ, tạo thành lưới kết cấu có hình rẽ quạt. Trên cơ sở đó,
trong các phương án trên thì phương án I – II – III là thích hợp nhất. Trong phương án
này, số vòng quay giảm dần từ trục I đến trục IV. Các tỷ số truyền bố trí giảm từ từ nên
các trục trung gian có số vòng quay tới hạn n t cao, kích thước sẽ nhỏ, hộp tốc độ bố trí
gọn. Số bánh răng làm việc ở các trục có số vòng quay cao nhiều hơn nên kích thước nhỏ
hơn.

5.1.3. Chọn tỉ số truyền và vẽ lưới đồ thì vòng quay:
Trên cơ sở lưới kết cấu đã được chọn, ta vẽ đồ thị số vòng quay để thể hiện mối quan
hệ của số vòng quay với những trị số thực của các tỉ số truyền. Ở đồ thị này, số vòng
quay và tỉ số truyền đều có giá trị thực.
Các đường biểu hiện trục, các điểm biểu thị số vòng quay giống như ở lưới kết cấu.
Các tia ở đây không bố trí đối xứng mà bố trí thích ứng với giá trị tỷ số truyền của nó với
quy ước như sau:
-

Các tia thẳng đứng biểu hiện tỷ số truyền i = 1, tức là đồng tốc.

-

Các tia nghiêng sang trái biểu diễn tỷ số truyền i < 1, tức là giảm tốc.

-

Các tia nghiêng sang phải biểu diễn tỷ số truyền i > 1, tức là tăng tốc.

-

Các tia song song có giá trị như nhau

Tỷ số truyền i thỏa mãn điều kiện:

1
≤i≤2
4

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 13


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

1
1
⇒ i1 = 2
ϕ
ϕ

+ Nhóm I:

i1 ÷ i2 = 1 ÷ ϕ ; chọn i2 =

+ Nhóm II:

i3 ÷ i4 ÷ i5 = 1 ÷ ϕ2 ÷ ϕ4 ; chọn i5 = ϕ ⇒ i 4 =

+ Nhóm III:

i6 ÷ i7 = 1 ÷ ϕ6 ; chọn i7 = ϕ2 ⇒ i 6 =

1
1
; i3 = 3
ϕ
ϕ

1
ϕ4

Lưới đồ thị vòng quay:
n0
i1

I

i2
II
i5

i3
i4

III
i6

42

60

i7
87

IV
122 173 250 338 482 696 955 1390 2000

5.1.4. Tính toán bánh răng:
a. Phân tích và tính toán số răng của các bánh răng:
+ Nhóm I:
i1 =

1
1
1 f
=
= = 1
2
2
2 g1
ϕ

1,41

⇒ f1 + g1 = 1 + 2 = 3
i2 =

1
1
5 f
=
= = 2
ϕ 1,41 7 g 2

⇒ f2 + g2 = 5 + 7 = 12 = 22.3
Bội số chung nhỏ nhất là K = 22.3 = 12
Tỷ số truyền i1 có độ nghiêng lớn hơn i2 nên bánh có số bánh răng nhỏ nhất nằm ở i 1,
tức là bánh răng chủ động. Do đó, ta xác định Emin theo công thức:
E min =

f1 + g1
1+ 2
.z min =
.17 = 4,25
f1.K
1.12

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 14

ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Trị số E cần phải chọn trong một giới hạn nào đó để cho số răng tính ra không nhỏ
hơn số răng giới hạn zmin = 17. Cho nên để tránh hiện tượng cắt chân răng thì z ≥ zmin.
Chọn E = 5
Tổng số răng cho phép trong hộp tốc độ

∑ Z ≤ (100 ÷ 120)

∑ Z = K.E = 12.5 = 60 (thỏa mãn)
Z1 =

f1
g1
1
2
.∑ Z =
.60 = 20 ; Z'1 =
.∑ Z =
.60 = 40
f1 + g1
1+ 2
f1 + g1
1+ 2

Z2 =

5

7
.60 = 25 ; Z 2 =
.60 = 35
5+7
5+7

+ Nhóm II:
i3 =

1
1
22 f 3
=
=
=
ϕ3 1,413 62 g 3

⇒ f3 + g3 = 22 + 62 = 84 = 7.3.22
i4 =

1
1
5 f
=
= = 4
ϕ 1,41 7 g 4

⇒ f4 + g4 = 5 + 7 = 12 = 22.3
i 5 = ϕ = 1,41 =

7 f5
=
5 g5

⇒ f5 + g5 = 7 + 5 = 12 = 22.3
Bội số chung nhỏ nhất là K = 7.22.3 = 84
Chọn i3 có độ nghiêng lớn hơn, giảm tốc làm bánh răng chủ động
E min =

f3 + g3
22 + 62
.z min =
.17 = 0,77 < 1
f 3 .K
22.84

Chọn E = 1

∑ Z = K.E = 84.1 = 84
Z3 =

f3
g3
22
62
.∑ Z =
.84 = 22 ; Z'3 =
.∑ Z =
.84 = 62
f3 + g3

22 + 62
f3 + g3
22 + 62

Z4 =

f4
g4
5
7
.∑ Z =
.84 = 35 ; Z'4 =
.∑ Z =
.84 = 49
f4 + g4
5+7
f4 + g4
5+7

Z5 =

f5
g5
7
5
.∑ Z =
.84 = 49 ; Z'5 =
.∑ Z =
.84 = 35
f5 + g5

7+5
f5 + g5
7+5

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 15


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

+ Nhóm III:
i6 =

1
1
1 f
=
= = 6
4
4
4 g6
ϕ
1,41

⇒ f6 + g6 = 1 + 4 = 5
i7 = ϕ2 = 1,412 = 2 =

2 f7
=
1 g7

⇒ f7 + g7 = 2 + 1 = 3
Bội số chung nhỏ nhất là K = 5.3 = 15
Chọn i6 có độ nghiêng lớn hơn, giảm tốc làm bánh răng chủ động
E min =

f6 + g6
1+ 4
.z min =
.17 = 5,67
f 6 .K
1.15

Chọn E = 7

∑ Z = K .E = 15.6 = 105
Z6 =

f6
g6
1
4
.∑ Z =
.105 = 21 ; Z '6 =
.∑ Z =
.105 = 84
f6 + g6

1+ 4
f6 + g6
1+ 4

Z7 =

f7
g7
2
1
.∑ Z =
.105 = 70 ; Z '7 =
.∑ Z =
.105 = 35
f7 + g7
2 +1
f7 + g7
2 +1

b. Tính số vòng quay và sai số vòng quay – vẽ đồ thị sai số:
Tỷ số truyền đai: i đ =

n0
n đc .ηđ

Với n0 = n10 = 955 (vg/ph); nđc = 1450 (vg/ph); ηđ = 0,95
iđ =

955
= 0,7

1450.0,95

Vậy đường kính bánh đai nhỏ và lớn theo tiêu chuẩn là: D 1 = 140 (mm); D2 = 200
(mm)

Ta có phương trình xích tốc độ:

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 16


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

 22 
 20   62   18 
 40   35   72 
n đc .i đ .ηđ . . .  = n tt (vg/ph)
 25   49   60 
 35   49   30 
 
 35 
Từ phương trình đường truyền ta tính được số vòng quay của trục chính như sau:
n1
42,77
n7
342,15

n2
61,1
n8
488,79

n3
86,09
n9
688,75

n4
122,99
n10
983,73

n5
168,74
n11
1349,95

n6
241,06
n12
1928,5

Lập bảng tính sai số vòng quay theo công thức:
∆n = ±
Trong đó:

n tc − n tt

.100%
n tc

ntc – số vòng quay tiêu chuẩn
ntt – số vòng quay thực tế

Các trị số vòng quay thực tế nhận được ở trên trục chính phải nằm trong giới hạn sai
số cho phép: [∆n ] = ±10(ϕ − 1) = ±10(1,41 − 1) = ±4,1

TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

ntc (vg/ph)
42
60
85
118
170
235

335
475
670
950
1320
1900

ntt (vg/ph)
42,77
61,1
86,09
122,99
168,74
241,06
342,15
488,79
688,75
983,93
1349,95
1928,5

∆n (%)
-1,83
-1,83
1,05
-0,81
2,46
3,58
-1,23
-1,41

1,04
-3,03
2,88
3,58

5.2. Thiết kế động học hộp chạy dao:
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 17


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Giới hạn lượng chạy dao:

Smax = 1,14 (mm/vg); Smin = 0,1 (mm/vg);
Zs = 12; ϕ = 1,26

Hộp chạy dao trong máy khoan đảm bảo cho máy khoan có một tốc độ cần thiết trong
quá trình cắt, lượng di động không đòi hỏi chính xác lắm.
Để đảm bảo chiều cao theo chiều trục người ta dùng cơ cấu then kéo. Tùy theo vị trí
của then kéo mà một trong những bánh răng lồng không sẽ được cố định với trục, và thực
hiện truyền chuyển động giữa 2 trục.
Cơ cấu này có ưu điểm: kích thước nhỏ gọn vì chỉ có 2 trục, không có bánh răng di
trượt và ly hợp, các bánh răng đặt kề nhau với độ hở nhỏ. Ngoài ra còn có thể sử dụng
bánh răng nghiêng.
Tuy nhiên hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo cũng có nhược điểm:
+ Độ bền và độ cứng vững kém nên không thể truyền được momen lớn (do phay

rãnh then trên trục)
+ Độ mòn của bánh răng lớn, hiệu suất truyền động thấp vì các bánh răng không
làm việc vẫn ăn khớp vào nhau.
+ Không thể dùng các bánh răng có đường kính lớn, vì để hạn chế lượng di động
của then kéo thì bánh răng mỏng; bánh răng mỏng không thể dùng đường kính lớn.
5.2.1. Thiết kế phương án không gian:
Ta có các phương án không gian sau:
Z = 12

3x4

4x3

3x2x2

2x3x2

2x2x3

2x6

6x2

I

II

III

IV

V

VI

VII

Lập bảng so sánh các phương án không gian:
3x4

4x3

3x2x2

2x3x2

2x2x3

2x6

6x2

Pimax

4

4

3

3

3

6

6

Sbr = 2∑Pi

14

14

14

14

14

16

16

Str

3

3

4

4

4

3

3

Từ bảng trên ta rút ra nhận xét:
-

Phương án III, IV, V sẽ làm cho kích thước chiều rộng hộp tăng lên

-

Phương án VI, VII có số bánh răng trên trục nhiều dẫn đến trục yếu (số bánh
răng trên một trục bộ then kéo không lớn hơn từ 3 ÷ 5 bánh), kích thước chiều
dài hộp tăng.

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 18


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

-

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Phương án I, II là hợp lý nhưng PAKG 4 x 3 có số bánh răng ở trục vào cao
nên dễ mòn và độ cứng vững thấp.

Vậy ta chọn phương án tối ưu là PAKG 3 x 4.
5.2.2. Phân tích và chọn phương án thứ tự:
Ta có 2 phương án thứ tự:
PAKG

3x4

3x4

PATT

I

II

II

(1) (3)

I

(4) (1)

Lưới kết cấu:
a) PATT:

I

II

(1)

(3)
I
i2 i3

i1

II
i4

i7
i5

1

2

3

4

i6
5

6

b) PATT:

7

8

II

I

(4)

(1)

III
9

10

11

12

I
i1

i3

i2

II
i7

i4
i6

i5
1

2

3

4

5

6

7

So sánh 2 phương án ta thấy PAKG: I

II

III
8

9

10

11

12

hợp lý hơn.

(1) (3)
5.2.3. Chọn tỉ số truyền và vẽ lưới đồ thị vòng quay:
Để rút ngắn khoảng cách chiều trục, giảm chiều cao hộp chạy dao ta dùng cơ cấu bánh
răng dùng chung.
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 19


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

Ưu điểm:

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

+ Giảm bớt được số lượng bánh răng
+ Rút ngắn khoảng cách chiều trục và tận dụng khả năng làm việc

của các bánh răng dùng chung.
Nhược điểm:

+ Bánh răng dùng chung mau mòn
+ Chỉ có thể lắp cố định với trục

Hộp chạy dao dùng cơ cấu then kéo thì phải dùng ít nhất 2 bánh răng dùng chung, do
đó ta phải biển đổi tốc độ bằng cách chịu trùng cấp và khi đó số cấp sẽ giảm đi bằng số
cấp bị trùng.
Do vậy dựa vào lưới kết cấu ta có 2 trường hợp:
a. Trường hợp 2 bánh răng dùng chung:
Từ sơ đồ động, ta thấy bánh răng dùng chung tốt nhất nằm trong các tia tỷ số truyền
i1i7, i3i6 do đó:
Z’1 = Z7; Z’3 = Z6
Vì trong 2 nhóm truyền động có cùng mođul nên:
Z1 + Z'1 = Z3 + Z'3

Z'1 + Z'7 = Z'3 + Z'6
Rút các bánh răng dùng chung Z’1; Z’3 làm thừa số chung:
  Z1
Z


+ 1 = Z'3  3 + 1
Z'1 

  Z'1
 Z'3


Z' 1 + Z'7  = Z' 1 + Z'6 
3

 1
Z'1 
Z'3 

 
Với i1 =

Z3
Z5
Z7
Z1
Z2
Z4
Z6
; i2 =
; i3 =
; i4 =
; i5 =
; i6 =
; i7 =
Z'1
Z'2
Z'3
Z'4
Z'5
Z'6
Z'7

Z'1 ( i1 + 1) = Z'3 ( i 3 + 1)



1
1
 




Z
'
1
+
=
Z
'
1
+
3
 1 i 
7 
 i6 
 
Chia 2 đẳng thức cho nhau ta được:

⇒ i7 =

i1 + 1 i 3 + 1
=
1
1

1+
1+
i7
i6

i 6 (i 3 + 1)
(i1 + 1)(i 6 + 1) − i 6 (i 3 + 1)

(*)

Vì chuỗi số vòng quay n của trục III phân bố theo quy luật cấp số nhân nên ta có:
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 20


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

n1 : n2 : n3 : …: n12 = 1 : ϕ : ϕ2 :…: ϕ11
Dựa vào quy luật trên ta tính tỷ số truyền cho từng nhóm truyền:
+ i1 : i2 : i3 = n1 : n2 : n3
n1 : n2 : n3 = 1 : ϕ : ϕ2
⇒ i1 : i2 : i3 = 1 : ϕ : ϕ2
Chọn i 3 =

1
1
1

⇒ i 2 = 2 ⇒ i1 = 3
ϕ
ϕ
ϕ

+ n1 : n7 = i1(4) : i6
n1 : n7 = 1 : ϕ6
⇒ i1(4) : i6 = 1 : ϕ6
Chọn i6 = ϕ ⇒ i 4 =
Với i 3 =

1
ϕ5

1
1
; i1 = 3 và i6 = ϕ thay vào (*) ta được: i7 = ϕ3
ϕ
ϕ

+ n1 : n4 = i4 : i5
n1 : n4 = 1 : ϕ3
⇒ i4 : i5 = 1 : ϕ3
Với i 4 =

1
1
i = 2
5 ⇒ 5
ϕ

ϕ

Kiểm nghiệm điều kiện động học với ϕ = 1,26
Ta có:

imax = i7 = ϕ3 = 2
i min = i 4 =

1
= 0,315
ϕ5

Các giá trị trên thỏa mãn điều kiện tỷ số truyền:

1
≤ i s ≤ 2,8
5

Phạm vi điều chỉnh tỷ số truyền giới hạn trong từng nhóm truyền là :
Rn =

i max
= ϕ8 = 6,35 < 14
i min

b. Trường hợp có 3 bánh răng dùng chung:
Các bánh răng dung chung nằm trong các tia: i1i7; i2i6; i3i5
Tức là Z'1 = Z 7 ; Z'2 = Z 6 ; Z'3 = Z5
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 21


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

Z1 + Z'1 = Z 2 + Z'2 = Z3 + Z'3

Z'1 + Z'7 = Z'2 + Z'6 = Z'3 + Z'5

⇒

Z'1 (i1 + 1) = Z'2 (i 2 + 1) = Z'3 (i 3 + 1)

1
1
1

Z
'
(
1
+
)
=
Z
'
(
1

+
)
=
Z
'
(
1
+
)
1
2
3

i
i
i
7
6
5

Dựa vào lưới kết cấu ta có:
i2 = i1. ϕ ; i3 = i1. ϕ2 ; i 6 =
Đặt e = i1i7 ⇒ i 7 =

i7
i
i = 76
3 ; 5
ϕ
ϕ

e
i1

i1 + 1 i 2 + 1
i1 + 1 i1.ϕ + 1
=
=
⇒ 1 + 1 1 + 1 ⇔ 1 + i1
i .ϕ3
1+ 1
i7
i6
e
e
i 2 + 1 i3 + 1
i1.ϕ + 1 i1.ϕ 2 + 1
=
=
3
1
1 ⇔
i
.
ϕ
i1.ϕ6
1
1+
1+
1

+
1
+
i6
i5
e
e

Và

Giải hệ phương trình trên ta có: i1 = 0 và i1 = - 1/4 không thỏa mãn.
Vậy không thể dùng 3 bánh răng dùng chung được.
Đồ thị vòng quay:
n0

I

i1
i2

i3

II
i7

i4
i6

i5
1

2

3

4

5

6

7

III
8

9

10

11

12

5.2.4. Tính toán bánh răng:
Từ đồ thị số vòng quay ta xác định các tỷ số truyền khác và tính toán số răng của các
bánh răng trong hộp chạy dao.
Giữa trục I và II có 3 tỷ số truyền:
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

i1 =

1
1
1
i = 2 ; i3 =
3 ; 2
ϕ
ϕ
ϕ
Trang: 22


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

+ i1 =

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

1
1
1 f
=
= = 1
3
3
2 g1
ϕ
1,26

⇒ f1 + g1 = 1 + 2 = 3
+ i2 =

1
1
1
31 f 2
=
=
=
=
ϕ2 1,26 2 1,58 50 g 2

⇒ f2 + g2 = 31 + 50 = 81 = 34
+ i3 =

1
1
4 f
=
= = 3
ϕ 1,26 5 g 3

⇒ f3 + g3 = 4 + 5 = 9 = 32
BSCNN là K = 34 = 81
Chọn i1 có độ nghiêng hơn, giảm tốc làm bánh răng chủ động.
E min =

f1 + g1
1+ 2

.Z min =
.17 = 0,629 < 1
f1.K
1.81

Chọn Emin = 1
⇒ ∑Z = K. E = 81. 1 = 81
f1
1
.∑ Z =
.81 = 27
f1 + g1
1+ 2

Z1 =

⇒ Z'1 = ∑ Z − Z1 = 81 − 27 = 54
Z2 =

f2
31
.∑ Z =
.81 = 31
f2 + g2
31 + 50

⇒ Z'2 = ∑ Z − Z 2 = 81 − 31 = 50
Z3 =

f3

4
.∑ Z =
.81 = 36
f3 + g3
4+5

⇒ Z'3 = ∑ Z − Z3 = 81 − 36 = 45
Giữa trục II và III có 4 tỷ số truyền:
i4 =

1
1
=
ϕ5 1,265

i 6 = ϕ = 1,26

1
1
=
2
ϕ
1,26 2

;

i5 =

;

i 7 = ϕ3 = 1,263 = 2

+ Ta có: Z'1 = Z7 = 54 ; Z'3 = Z 6 = 45

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 23


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

⇒ Z'7 =

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

54
= 27
2

+ Trong 1 nhóm truyền tổng số răng bằng nhau: Z6 + Z'6 = Z 7 + Z'7 = 54 + 27 = 81
⇒ Z'6 = 81 − 45 = 36
Z5 + Z'5 = 81

1
+  Z5
⇒ Z5 = 31; Z'5 = 50
=
2
 Z'
 5 1,26

Z 4 + Z'4 = 81

1
+  Z4
⇒ Z4 = 19 ; Z'4 = 62
 Z' = 1,265
 4
Vậy số răng của các bánh răng trong hộp chạy dao:
Z1 = 27;

Z'1 = 54

Z2 = 31;

Z'2 = 50

Z3 = 36;

Z'3 = 45

Z4 = 19;

Z'4 = 62

Z5 = 31;

Z'5 = 50

Z6 = 45;

Z'6 = 36

Z7 = 54;

Z'7 = 27

5.2.5. Số vòng quay và sai số vòng quay – đồ thị sai số vòng quay.
Sai số vòng quay tính theo công thức:
∆n = ±

n tc − n tt
.100%
n tc

Trong đó:

ntc – số vòng quay tiêu chuẩn
ntt – số vòng quay thực tế

Các trị số vòng quay thực tế nhận được phải nằm trong giới hạn sai số cho phép:
[∆n] = ± 10(ϕ - 1) = ± 10(1,26 - 1) = ± 2,6
Số vòng quay nhỏ nhất của hộp chạy dao tính theo công thức:
n min = n1 =

Smin
47.Smin
47.0,1
=
=
= 0,03

1
π
.
m
.
Z
3
,
14
.
3
,
5
.
14
π. .m.Z
47

Từ đó suy ra chuỗi số vòng quay tiêu chuẩn của hộp như sau:
SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

Trang: 24


ĐỒ ÁN MÁY CÔNG CỤ

GVHD: TRẦN MINH CHÍNH

0,03; 0,0378; 0,0476; 0,06; 0,0756; 0,095; 0,12; 0,151; 0,19; 0,24; 0,303 (vg/ph)
Số vòng quay thực tế:

p

ntt = 1 vòng trục chính × i ×

Z

∏ Z'i
i =1

i

n1 = 1 × 0,194 ×

27 19
×
= 0,0297
54 62

n2 = 1 × 0,194 ×

31 19
×
= 0,0369
50 62

n3 = 1 × 0,194 ×

36 19
×
= 0,0476

45 62

n4 = 1 × 0,194 ×

27 31
×
= 0,06
54 50

n5 = 1 × 0,194 ×

31 31
×
= 0,0746
50 50

n6 = 1 × 0,194 ×

36 31
×
= 0,0962
45 50

n7 = 1 × 0,194 ×

27 45
×
= 0,1213
54 36

n8 = 1 × 0,194 ×

31 45
×
= 0,15
50 36

n9 = 1 × 0,194 ×

27 54
×
= 0,194
54 27

n10 = 1 × 0,194 ×

31 54
×
= 0,24
50 27

n11 = 1 × 0,194 ×

36 54
×
= 0,31
45 27

Bảng sai số vòng quay:
STT

ntc (vg/ph)

SVTH: NGuyễn Cao Bắc- Lớp: 09C1B-Nhóm: 02

ntt (vg/ph)

∆n (%)
Trang: 25