TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn  Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 1 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn KHOA ĐIỆN BỘ MễN Lí THUYẾT 0&0 ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG BỊ ĐIỆN Sinh viờn thiết kế: Nguyễn Khắc Hậu Lớp: Đại học liên thông Kỹ Thuật Điện– K3A Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Minh Thư I. ĐỀ.TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHÍNH MÁY TIỆN II. CÁC SỐ LIỆU KỸ THUẬT: Tốc độ quay S(mm/vg) Chiều sõu cắt Tốc độ tiến dao Chiều dài gia cụng Khi tiện mặt trụ 8 - 200 vg/p 3 2mm 400mm Khi tiện cắt ngang n min = 10vg/p 4mm/s 500mm Trọng lượng mâm cặp : 20.000 N Kích thước chi tiết gia cụng trờn mỏy : Φ1000mm x L 500mm Vật liệu chi tiết gia cụng : Gang , thộp CT5 Vật liệu làm dao : Thộp giú III. NỘI DUNG THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN: 1. Tính chọn công suất động cơ truyền động 2. Lựa chọn phương án truyền động 3. Thiết kế mạch lực hệ truyền động 4. Thiết kế hệ thống điều khiển 5. Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống 6. Thuyết minh nguyờn lý làm việc hệ truyền động IV. CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ (GIẤY A 3 ): 1. Sơ đồ mạch lực hệ truyền động 2. Sơ đồ mạch điều khiển hệ truyền động V. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN: Ngày giao đề tài: Ngày nộp đồ án: Vinh, ngày tháng năm 2010 Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 2 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn Trưởng Bộ môn Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC Chương 1 CÁC YÊU CẦU VỀ CÔNG NGHỆ VÀ TRUYỀN ĐỘNG 3 1.1. Khái niệm chung về thang máy 3 1.2. Yêu cầu chung về công nghệ và truyền động 9 Chương 2 LÙA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG 12 2.1. Dùng hệ truyền động động cơ một chiều dùng phương pháp chỉnh lưu 12 2.2. Hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ 15 Chương 3 TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ MẠCH LỰC 19 3.1. Tính chọn công suất động cơ 19 3.2. Tính toán mạch biến đổi cấp cho động cơ 24 3.3. Tính toán mạch chuyển đổi cấp cho phần kích từ cấp cho động cơ 26 Chương 4 TỔNG HỢP HỆ THỐNG 28 4.1. Mạch vòng dòng điện 28 4.2. Mạch vòng điều chỉnh tốc độ 31 Chương 5 THÍÊT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 36 Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 3 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn 5.1. Điều khiển TIRISTO 36 5.2. Hệ thống điều khiển thiết bị chỉnh lưu 37 Chương 6 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 LỜI NÓI ĐẦU Trong công 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 đòi hỏi quá 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 môn 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 hệ truyền động chính máy tiện. Thiết kế 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, cô giáo trong bộ Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 4 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn môn Trang Bị Điện đặc biệt là sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của cô giáo: Nguyễn Minh Thư, em đã hoàn thành xong bản đồ án môn học này. Đề tài bao gồm 6 phần lớn : 1- Tính chọn công suất động cơ truyền động. 2- Lựa chọn phương án truyền động. 3- Thiết kế mạch lực hệ truyền động 4- Thiết kế hệ thống điều khiển 5- Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống 6- Thuyết minh sơ đồ nguyên lý làm việc hệ truyền động. Trong quá trình thiết kế đồ án, với kiến thức còn 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 cảm ơn! Vinh, ngày tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Khắc Hậu PHẦN I TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG I . KHÁI NIỆM CHUNG : 1. Đặc điểm công 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 công nghệ tiện khác nhau: Tiện trụ ngoài, tiện trụ trong, tiện mặt đầu, tiện côn, tiện định hình Trên máy tiện có thể thực hiện được doa, khoan và tiện ren bằng các dao cắt, dao doa, tarô ren. Kích thước gia công trên máy tiện có thể từ cỡ vài milimét đến hàng chục mét (Trên máy tiện đứng). Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 5 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn 1 : Thân máy 2 : Ụ trước 3 : Bàn dao 4 : Ụ sau Dạng bên ngoài 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 nhiều tốc độ. 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 trư ng 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 toán 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 : Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 6 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn ( / ) . . V V V z x y m C V m ph T t S = 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 - C V , x V , y V , 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: C V = 40 ữ 260  lấy C V = 200; x V = 0,15 ữ 0,2 chọn: x V = 0,2; y V = 0,35 ữ0,8 chọn: y V = 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 quá trình gia công phải luôn 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 quá trình gia công 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 góc của trục chính theo quan hệ: 3 0,5. . .60.10 ( / ) z ct ct V d m ph ω − = Trong đó : - d ct : là đường kính chi tiết (mm) - ct ω : 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 F z : chống lại sự quay của chi tiết, - Lực dọc trục F x : chống lại sự di chuyển của bàn dao. - Lực hướng kính F y : Chống lại sự tì của dao và chi tiết. Tỉ lệ các thành phần lực : F z : F y : F x = 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 : Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 7 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn n Z yx FZ VStCF FF 81,9= (N) Trong đó : C F , X F , Y F , 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. Quá trình tiện xảy ra với công suất cắt là hằng số và được xác định. )(, 10.60 . 3 kW VF P ZZ Z = 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 V zmin ; nghĩa là tương ứng với hệ thức : F max . V zmin = F min .V zmax Sự phụ thuộc của lực cắt vào tốc độ như hình vẽ : d. Thời gian máy : Là thời gian để gia công chi tiết, nó còn đợc gọi là thời gian công 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 công. 3 .10 ( ) M ad L t s V − = ( ) . M L t ph n S = Trong đó : - L : là chiều dài gia công - V ad : 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. Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 8 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn 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 : . ( . ) 2 Z Z F d M N m = Trong đó : - F Z là lực cắt (N) - d là đường kính gia công (m) Mô men hữu ích trên trục động cơ : . ( . ) 2. Z hi F d M N m i = i là tỉ số truyền từ trục động cơ đến trục chính của máy. * Đối với chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến : M hi = F Z . ρ (N.m) ρ là bán kính quy đổi lực cắt về trục động cơ. * Mô men cản tĩnh trên trục động cơ : ).( mN M M hi c η = η - 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. F ms = F N . µ = [g (m b + m ct ) + F y ]. µ (N) F N - là lực đẩy tác dụng lên gờ trượt. µ - 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. F K = F Z + F ms = F Z + [g (m b + m ct ) + F y ] . µ (N) Khi đó mô men trên trục động cơ ứng với chuyển động quay là: ).( .2 . mN i dF M K c η = Đối với chuyển động tịnh tiến là : Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 9 TR¦êNG §HSPKT VINH KHOA: ®iÖn ).( . mN F M z c η ρ = 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 quá trình gia công. Hệ truyền động ăn dao được thực hiện bằng nhiều phương án khác nhau. 1. Động cơ truyền động 2. Hộp giảm tốc 3. Trục vít 4. Bánh vít 5. Bàn dao 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 : F ad = k.F x + F ms + F d (N) - k = (1,2 ÷ 1,5) là hệ số dự trữ - F ms : là lực ma sát của bàn dao ở hướng gờ trợt - F d : là lực dính. F ms = µ . (g.m b + F Y + F Z ) (N) - µ : là hệ số ma sát của bàn dao theo hướng gờ trượt. Lực dính sinh ra khi khởi động bàn dao : F d = β .S (N) β - áp suất dính, thường bằng 0,5 M/m 2 S - diện tích bề mặt tiếp xúc ở gờ trượt của bàn dao, cm 2 Các thành phần lực ăn dao : F x , F ms , F d 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. Gi¸o viªn híng dÉn: NguyÔn Minh Th SVTH: Nguyễn Khắc Hậu 10 . 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 hệ truyền động chính máy tiện. Thiết kế truyền động chính máy tiện là một việc. Tính chọn công suất động cơ truyền động 2. Lựa chọn phương án truyền động 3. Thiết kế mạch lực hệ truyền động 4. Thiết kế hệ thống điều khiển 5. Xét ổn định và hiệu chỉnh hệ thống 6. Thuyết minh. án môn học này. Đề tài bao gồm 6 phần lớn : 1- Tính chọn công suất động cơ truyền động. 2- Lựa chọn phương án truyền động. 3- Thiết kế mạch lực hệ truyền động 4- Thiết kế hệ thống điều khiển 5-