TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MƠN CƠ KHÍ CHÍNH XÁC VÀ QUANG HỌC
----------

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ
Đề tài:Thiết kế hệ thống dẫn động chạy dao máy phay CNC

______________________________________
___
Mã học phần:

ME4099

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thanh Xuân
MSSV:

20154431

Lớp:

Kỹ thuật Cơ điện tử 4-K60

GVHD:

PGS.TS. Nguyễn Thị Phương Mai
Hà Nội, tháng 5 năm 2018


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MƠN MÁY VÀ MA SÁT HỌC

Đề số: 02-…..

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHẠY DAO
MÁY PHAY CNC

Pz

1 - Trục chính

1
P
Gx

2 - Bàn trục X

2

3- Vít me bi trục X

Z

Gy
Y


4 - Ray dẫn trục X
X

5 - Bàn trục Y
6 - Gối đỡ
Py

7 - Ray dẫn trục Y

Px
8

I.

7

6

5

4

3

8 - Vít me bi trụcY

Số liệu cho trước

-Loại máy phay: Máy phay đứng

-Trọng lượng phôi: G=340 kg
-Trọng lượng bàn làm việc: Bàn X : GX=140 kg ; Bàn Y: GY = 200 kg
-Quãng đường làm việc lớn nhất: Smax = 1000 mm
-Vận tốc tối đa khi chạy không: V1 = 20 m/ph
-Vận tốc tối đa khi gia công: V2= 10 m/ph
-Tuổi thọ: 20000 h
-Hệ số ma sát trượt: µ = 0,1
-Tốc độ lớn nhất của động cơ: Vmax = 2000 rpm

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

2


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

II.

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

u cầu thiết kế

- Tính tốn,thiết kế và lựa chọn hệ thống vít me đai ốc bi,hệ thống đường
dẫn hướng cho trục X,trục Y và ổ lăn.
- Tính tốn và lựa chọn động cơ điện dẫn động trục X và trục Y
- 01 bản vẽ lắm hệ thống cụm trục X,Y (Bản vẽ dọc trục X,cắt ngang trục
Y hoặc cắt ngang trục X,cắt dọc trục Y)

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431


3


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN THIẾT KẾ................................................................................... 5
1.

Tính tốn lựa chọn trục vít ............................................................................................... 6

1.1.

Kiểu lắp ổ đỡ ................................................................................................................ 6

1.2.

Tính chọn vít me ........................................................................................................... 7

1.3.

Kiểm nghiệm lại trục vít .............................................................................................. 10

1.4.

Tính tốn các thơng số của hệ thống phát động (động cơ,khớp nối,hộp giảm tốc)................ 10

2.


Tính chọn ổ lăn ............................................................................................................. 12

2.1.

Thông số đầu vào ........................................................................................................ 12

2.2.

Chọn sơ bộ ổ lăn ......................................................................................................... 12

2.3.

Kiểm nghiệm cho ổ lăn ................................................................................................ 12

3.

Tính chọn ray dẫn hướng ............................................................................................... 13
Ray dẫn hướng trục X ................................................................................................. 13

3.1.
3.1.1.

Thơng số đầu vào .................................................................................................... 13

3.1.2.

Tính tốn lực .......................................................................................................... 14

3.1.3.


Tính tải trọng tương đương ....................................................................................... 15

3.1.4.

Tính tải trọng trung bình .......................................................................................... 15

3.1.5.

Tính chọn ray dẫn hướng.......................................................................................... 16
Ray dẫn hướng trục Y ................................................................................................. 16

3.2.
3.2.1.

Thơng số đầu vào .................................................................................................... 16

3.2.2.

Tính tốn lực .......................................................................................................... 17

3.2.3.

Tính tải trọng tương đương ....................................................................................... 18

3.2.4.

Tính tải trọng trung bình .......................................................................................... 18

3.2.5.


Tính chọn ray dẫn hướng.......................................................................................... 19

4.

Tính chọn động cơ ......................................................................................................... 19

4.1.

Động cơ trục X ........................................................................................................... 19

4.2.

Tính chọn động cơ trục Y ............................................................................................ 21

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT ................................................................................ 24
CHƯƠNG 3: BẢN VẼ CÁC CHI TIẾT CHÍNH ................................................................... 25
1.

Động cơ trục X .............................................................................................................. 25

2.

Động cơ trục Y .............................................................................................................. 26

3.

Cụm vít me .................................................................................................................... 27

4.


Ổ lăn đầu cố định ........................................................................................................... 28

5.

Ổ lăn đầu tùy chỉnh......................................................................................................... 29

6.

Ray dẫn hướng ............................................................................................................... 30

KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 32
Tài liệu tham khảo ............................................................................................................... 33

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

4


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Lời nói đầu
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, tự động
hóa sản xuất đóng vai trị quan trọng trong nên cơng nghiệp nước ta. Nhận thức
được điều này, trong chiến lược công nghiệp hóa theo hướng hiện đại vào năm
2020 cơng nghệ tự động hóa được đầu tư phát triển.
Máy phay CNC là một trong những thành tựu của tiến bộ khoa học kỹ
thuật trên thế giới. Nó ngay càng được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo máy, đặc

biệt trong lĩnh vực cơ khí chính xác và tự động hóa. Sự ra đời của máy CNC đã
giải quyết được nhiều nhiệm vụ cấp bách hiện nay là tự động hóa quy trình sản
xuất và sản xuất hàng loạt nhỏ, sản xuất linh hoạt.
Những ưu điểm nổi bật của máy CNC so với máy thơng thường:
- Nâng cao tính tự động
- Nâng cao tính tập trung ngun cơng
- Nâng cao tính chính xác và đảm bảo chất lượng gia công
- Nâng cao hiệu quản kinh tế
Với đề tài được giao: “Thiết kế hệ thống dẫn động chạy dao máy phay
CNC”, mặc dù lần đầu tiên tiếp xúc với đề tài này nhưng em nhận thấy đây là
một đề tài rất hay và rất thực tế. Q trình làm và hồn thành đề tài này đã giúp
em tổng hợp được những kiến thức đã học cũng như những kiến thức thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thị Phương Mai đã chỉ dạy em tận
tình trong suốt quá trình làm đồ án Thiết kế hệ thống cơ khí này.

Hà Nội, tháng 5 năm 2018
Sinh viên

Nguyễn Thanh Xuân

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

5


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN THIẾT KẾ

1. Tính tốn lựa chọn trục vít
1.1. Sơ đồ tính tốn
Chọn kiểu trục vít me chính xác (Precision Ballscrew).Q trình tính
tốn như hình vẽ sau:
Điều kiện làm việc

Kiểu lắp ổ đỡ

Chọn chiều dài trục vít

Tính chọn bước vít

Tính đường kính trục vít

Chọn vít me bi

Kiểm tra tuổi thọ làm việc

Khơng đảm bảo

Khơng đảm bảo

Tính hệ số tải trọng động

Kiểm tra tải trọng tới hạn của trục vít

Kiểm tra tốc độ quay cho phép
Tính tốn thơng số của hệ thống phát động

Kết thúc


Hình 1.1: Sơ đồ tính chọn vít me bi
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

6


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

1.2. Kiểu lắp ổ đỡ
Chọn kiểu lắp: 1 đầu lắp chặt-1 đầu tùy chỉnh
(Fixed-Supported)

Hình 1.2: Sơ đồ lắp trục vít

1.3. Tính chọn vít me
-

Chiều dài trục vít: L=Smax + Lổ đỡ + Lvùng thoát
= 1000 + 180 + 100 = 1280

Lấy L = 1300 mm.
- Bước vít
l≥

𝑉𝑚𝑎𝑥
𝑁𝑚𝑎𝑥


=

20000
2000

= 10 𝑚𝑚

Lấy l = 10 mm.
- Tính lực dọc trục
+ Lực chống trượt khơng tải:
FktX = µ.GX.g=0,1.140.9,81 =137,34 N= 14 kgf
FktY = µ.(GX+GY).g=0,1.(200+140).9,81 =333,54=34 kgf
+ Lực chống trượt có tải:
FctX= µ.(G+GX).g=0,1.480.9,81 =470,88 N= 48 kgf
FctY= µ.(G+GX+GY).g=0,1.680.9,81 =677,08= 68 kgf
+ Tăng tốc: Fa1 = µmg + ma + Fkt
Fa1X = 0,1.480.9,81+480.0,6.9,81+137,34=3433,5 N = 350 kgf
Fa1Y = 0,1.680.9,81+680.0,6.9,81+333,54= 5003,1 N = 510 kgf
+ Chạy đều: Fa2 = µmg + Fkt
Fa2X = 0,1.480.9,81 + 137,34 = 608,22 N = 62 kgf

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

7


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai


Fa2Y = 0,1.680.9,81 + 333,54 = 100,62 N = 102 kgf
+ Gia cơng: Fa3 = Fm+µ(mg+Fmz)+Fct
o Fm: Lực cắt chính của máy. Đối với loại phay mặt đầu, 6 lưỡi cắt,
D=80mm, JIS, S45C, Grade 4040, v=100mm/ph, t=1.2mm, F=900mm/ph
thì Fm = 1475N.

Hình 1.3 : Bảng tính mơ men cắt của dao
o Fmz: Lực theo phương z (thẳng đứng) (Fmz = 0, do các tính tốn thiết kế
được xét với các bàn X,Y).

Fa3X=1475+0,1.480.9,81+470,88 =2416,76 N=246,36 kgf
Fa3Y=1475+0,1.680.9,81+677,08=2819,16 N=287,38 kgf
 Lực dọc trục lớn nhất:
Fxmax = 350 kgf ; Fymax = 510 kgf
 Lực dọc trục trung bình trong quá trình làm việc:
(Trường hợp đường cong tải trọng gần là đường thẳng)

Hình 1.4 : Đường cong tải trọng
Ftb = (Fmax+Fmin)/3
Fmx= (350+62)/3 = 137,33 kgf
Fmy= (510+102)/3 = 204 kgf

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

8


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai


- Tính hệ số tải trọng tĩnh C0
C0=fs×Famax ,theo tài liệu [1] trang 22 với máy cơng cụ thì fs ≥ 1,5
C0X ≥ 1,5 × 350 = 525 kgf
C0Y ≥ 1,5 × 510 = 765 kgf
- Tính hệ số tải trọng động Ca: Ca=(60.n.Lt)1/3.Fm.fw.10-2
CaX=(60.2000.20000)1/3.137,33.1,5.10-2 = 2758 (kgf)
CaY=(60.2000.20000)1/3.204.1,5.10-2 = 4096 (kgf)

f w = 1,5 chế độ trung bình. Chọn theo bảng 6.1 A69 calalog hãng PMI

 Chọn vít me trục X,Y có hệ số tải trọng động lần lượt lớn hơn 2758 kgf
và 4096 kgf
- Chọn đường kính trục vít:

n.L2
2000.13002
7
dr 
.10 
.107  22, 4(mm)
f
15,1
Kiểu lắp ổ đỡ 1 đầu chặt 1 đầu tùy chỉnh thì

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

f  15.1

9



Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Vậy chọn vít me hãng PMI,kiểu
1R40-10B2-FDWC-580-869-0.018 với:
dr = 40 mm
l = 10 mm
Ca = 5220 kgf ; C0 = 13900 kgf

1.4. Kiểm nghiệm lại trục vít
- Tuổi thọ: Lt = (

𝐶𝑎
𝐹𝑚.𝑓𝑤

)3 . 106 .

1
60𝑛

Ltx = 135600,17 h ≥ 20000 h
Lty = 41368,14 h ≥ 20000 h
- Tải trọng giới hạn: P = 𝑚.

𝑑𝑟 4
𝐿2


. 103

m=10,2 do lắp kiểu 1 đầu cố định 1 đầu tùy chỉnh
Pmax = 15450,88 N = 1575,01 kgf >Pxmax = 398 kgf
>Pymax = 510 kgf
- Tốc độ quay cho phép
n=𝑓

𝑑𝑟
𝐿2

. 107 = 15,1.

40
13002

. 107 = 3573,95 rpm > 2000 rpm

1.5. Tính tốn các thơng số của hệ thống phát động (động cơ,khớp
nối,hộp giảm tốc)
Tốc độ vòng lớn nhất: 2000 rpm

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

10


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai


1.5.1. Momen quán tính khối xét cho trục X

-

Trục vít me:

GD 
2
s


32

D L
4

  7,8  103
32

 34  130  8, 06(kgf .cm2 )

- Phần dịch chuyển:
2

2

 l 
 1 
GD  W    480     12,16(kgf .cm2 )

 2 
 2 
- Phần ghép nối:
2
w

GDJ2  40(kgf .cm2 )
- Tổng moomen quán tính:

GDL2  GDs2  GDw2  GDJ2  60,22(kgf .cm2 )
1.5.2. Momen phát động
- Momen đặt trước:

TP  k 

Fa 0  l
350  1
 0,3 
 5,57( kgf .cm)
2
3.2

k = 0,3 ; Fa0 = Fmax/3
- Momen do lực ma sát (khi phay)

Tms 

Fa  l 246,36 1

 43, 6(kgf .cm)

2 
2  0,9

Do đó,momen phát động cần thiết bằng tổng momen đặt trước và momen khi
phay

TL  TP  TC  49,17(kgf .cm)
 Chọn động cơ trục X thỏa mãn:
. Tốc độ quay lớn nhất: Nmax ≥ 2000 (rpm)
. Momen ước lượng: TM ≥ TL = 49,17 (kgf.cm) = 4,8 Nm
. Momen khối lượng của roto: JM ≥ JL/3
Tính tương tự cho trục y (tổng khối lượng là 680)
 Chọn động cơ trục Y thỏa mãn:
. Tốc độ quay lớn nhất: Nmax ≥ 2000 (rpm)
. Momen ước lượng: TM ≥ 59 (kgf.cm) = 5,8 Nm

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

11


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

2. Tính chọn ổ lăn
2.1. Thơng số đầu vào
Lực dọc trục lớn nhất: FaX = 3433,5 N ; FaY = 5003,1 N
Tuổi thọ: 20000 h
Nhiệt độ làm việc dưới 105 oC


Hình 2.1 : Sơ đồ lắp ổ lăn
2.2. Chọn sơ bộ ổ lăn
- Chọn ổ bi đỡ cho đầu cố định,hãng SFK mã 3306A với thông số: d = 30
mm; D = 72 mm; B = 30.2 mm;
C = 41,5 kN; C0 = 27,5 kN; r = 1,1 mm.
- Chọn ổ đỡ cho đầu tùy chỉnh,hãng SFK mã 16006
Với thông số: d = 30 mm; D = 55 mm; B = 9 mm
C = 11,9 kN; C0 = 7,35 kN; r = 0,3 mm

2.3. Kiểm nghiệm cho ổ lăn
a, Tính cho ổ chặn
- Kiểm nghiệm khả năng tải động:
+ Tải trọng quy ước: Q = Fa.kt.kđ (Theo tài liệu [2] trang 214 )
(Coi lực hướng tâm rất bé so với lực dọc trục và được ray dẫn hướng
chịu lực)
Trong đó:
kt:hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ,dưới 105 oC => kt = 1
kđ:hệ số kể đến đặc tính tải trọng
(theo bảng 11.3 tài liệu [2] trang 215 tra ra kđ = 1,2)
QX = 3433,5.1.1,2 = 4120,1 N = 4,1 kN
QY = 5003,1.1.1,2 = 6003,72 N = 6 kN
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

12


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai


+ Tuổi thọ tính theo triệu vịng
L

60.N .Lt 60.212, 21.20000

 254, 65 (triệu vòng)
106
106
3

+ Tải trọng động: C=Q. √𝐿 (do tính tốn với ổ bi)
3
CX = 4,1. √254,65 = 26 kN < C = 41,5 kN
3

CY = 6. √254,65 = 38 kN < C = 41,5 kN
 Đảm bảo khả năng tải động
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh
Qt = X0.Fr+Y0.Fa
(theo tài liệu [2] trang 221)
Qtx = 0,66.3,43 = 2,26 kN < C0 = 27,5 kN
Qty = 0,66.5 = 3,3 kN < C0 = 27,5 kN
 Đảm bảo khả năng tải tĩnh
b, Tính cho ổ đỡ
Vì lực hướng tâm nhỏ do được ray dẫn hướng chịu lực nên coi như ổ đỡ
đủ bền

3. Tính chọn ray dẫn hướng


3.1. Ray dẫn hướng trục X
3.1.1.
Thông số đầu vào
Khối lượng: Phôi m1=340 kg; Bàn X m2=140 kg
Tổng khối lượng m = 480 kg
Vận tốc: gia công v1 = 1/3 (m/s)
chạy không v2 = 1/6 (m/s)

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

13


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Các giai đoạn:
v
1
1
t1  
 0, 057( s); X1  a1t12  0, 0094(m)
a1 3.0, 6.9,8
2
v
1
t3  
 0, 057( s); X3  X 1  0, 0094(m)
a3 3.0, 6.9,8

X
0,5312.6
t2  2 
 3,19( s); X 2  Smax  X 1  X 3  0,5312(m)
v
1
Gia tốc: a1 = a2 = 5,88 m/s2

Hình 3.1 :Sơ đồ tính tốn ray dẫn hướng
Tổng chiều dài dịch chuyển: ls=550 mm
Với các đoạn:l1=450 mm ; l2=234 mm ; l3=275 mm ; l4=60 mm ; l5=85
mm ; l6=400 mm.
3.1.2.
Tính tốn lực
- Tăng tốc

P1  P4 

mg ma1l3

4
2l1

P2  P3 

mg ma1l3

4
2l1


P1T  P2T  P3T  P4T 

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

ma1l4
2l1

14


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

- Chạy đều

P1T  P2T  P3T  P4T 

mg
4

- Giảm tốc

P1  P4 

mg ma3l3

4
2l1


P2  P3 

mg ma3l3

4
2l1

P1T  P2T  P3T  P4T 

ma3l4
2l1

Thay số:m = m1+m2 = 480 kg
Tăng tốc: P1 = P4 = 314,8 N
P2 = P3 = 2039,6 N
P1T = P2T = P3T = P4T = 188,16 N
Chạy đều: P1T = P2T = P3T = P4T = 1177,2 N
Giảm tốc: : P1 = P4 = 2039,6 N
P2 = P3 = 314,8 N
P1T = P2T = P3T = P4T = 188,16
3.1.3.

Tính tải trọng tương đương
PE = |PR| + |PT|

+ Tăng tốc: PE1tt = PE4tt = 502,96 N
PE2tt = PE3tt = 2227,76 N
+ Chạy đều: PE1 = PE2 = PE3 = PE4 = 1177,2 N
+ Giảm tốc: PE1gt = PE4gt = 2227,76 N
PE1gt = PE4gt = 502,96 N

3.1.4.

Tính tải trọng trung bình

1 n
Pm 
  ( Pn 3 .Ln )
L n 1
3

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

15


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Thay số: Pm1 = Pm4 = 1209 N
Pm2 = Pm4 = 1209 N
3.1.5.
Tính chọn ray dẫn hướng

C0
C
 0
Pm max 1209
Với máy công cụ,theo tài liệu [1] trang 40 => fs ≥ 2,5
Điều kiện tải trọng tĩnh:

C0 ≥ 1209.2,5 = 3023 N = 3,02 kN
- Tính tuổi thọ danh nghĩa theo quãng đường di chuyển:
Lh .2ls .n.60 20000.2.0,55.9,1.60

 12012( km)
103
103
- Tính hệ số an tồn tĩnh: f s 

Trong đó n là tốc độ vòng để thực hiện 1 chu trình hành trình hồn chỉnh :
n=

60
2.𝑡

=

60
2.3,3

= 9,1 (𝑐𝑡⁄𝑝ℎ)
3

 C 
Tuổi thọ danh nghĩa: Li  
 .50  L(km)
f
.
P
i

 w m 

Điều kiện tải động:
3

C ≥ fw.Pmi. √

𝐿
50

3

= 1,5.1209. √

12012
50

= 11273,7 N = 11,27 kN

fw : Hệ số tải trọng tra theo tài liệu [1] trang 43 => fw = 1,5
Từ điều kiện tải động và tải tĩnh,tra trong catalog hãng PMI,chọn được ray dẫn
hướng mã MSA 25A với thông số:
C = 28,1 kN ; C0 = 42,4 kN

3.2. Ray dẫn hướng trục Y
3.2.1. Thông số đầu vào
Khối lượng: Phôi+bàn X m1=480 kg; Bàn Y m2=200 kg
Tổng khối lượng m = 680 kg
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431


16


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Vận tốc: gia công v1 = 1/6 m/s
chạy không v2 = 1/3 m/s
Các giai đoạn:
v
1
1
t1  
 0, 057( s); X1  a1t12  0, 0094(m)
a1 3.0, 6.9,8
2

t3 

v
1

 0, 057( s); X3  X 1  0, 0094(m)
a3 3.0, 6.9,8

X 2 0,3812.6

 2, 29( s); X 2  Smax  X 1  X 3  0,3812(m)
v

1
Gia tốc: a1 = a2 = 5,88 m/s2
t2 

Hình 3.1 :Sơ đồ tính tốn ray dẫn hướng
Tổng chiều dài dịch chuyển: ls=400 mm = 0,4 m
Với các đoạn:l1=234 mm ; l2=332 mm ; l3=60 mm ; l4=275 mm ; l5=85
mm ; l6=400 mm.
3.2.2.
Tính tốn lực
- Tăng tốc
P1  P4 

mg ma1l3

4
2l1

P2  P3 

mg ma1l3

4
2l1

P1T  P2T  P3T  P4T 

ma1l4
2l1


SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

17


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

- Chạy đều
P1T  P2T  P3T  P4T 

mg
4

- Giảm tốc
P1  P4 

mg ma3l3

4
2l1

P2  P3 

mg ma3l3

4
2l1


P1T  P2T  P3T  P4T 

ma3l4
2l1

Thay số:m = m1+m2 = 680 kg
Tăng tốc: P1 = P4 = 1155,1 N
P2 = P3 = 2180,3N
P1T = P2T = P3T = P4T = 2349,5 N
Chạy đều: P1T = P2T = P3T = P4T = 1667,7 N
Giảm tốc: : P1 = P4 = 2180,3 N
P2 = P3 = 1155,1 N
P1T = P2T = P3T = P4T = 2349,5
3.2.3.

Tính tải trọng tương đương
PE = |PR| + |PT|

+ Tăng tốc: PE1tt = PE4tt = 3504,6 N
PE2tt = PE3tt = 4529,8 N
+ Chạy đều: PE1 = PE2 = PE3 = PE4 = 1667,7 N
+ Giảm tốc: PE1gt = PE4gt = 4529,8 N
PE1gt = PE4gt = 3504,6 N
3.2.4.

Tính tải trọng trung bình

1 n
Pm 
  ( Pn 3 .Ln )

L n 1
3

Thay số: Pm1 = Pm4 = 1860,8 N
Pm2 = Pm4 = 1860,8 N
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

18


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Tính chọn ray dẫn hướng

3.2.5.

- Tính hệ số an tồn tĩnh: f s 

C0
C0

Pm max 1860,8

Với máy cơng cụ theo tài liệu [1] trang 40 fs ≥ 2,5
Điều kiện tải trọng tĩnh:
C0 ≥ 1860,8.2,5 = 4652 N = 4,7 kN
- Tính tuổi thọ danh nghĩa theo quãng đường di chuyển:
Lh .2ls .n.60 20000.2.0, 4.12, 48.60


 11981( km)
103
103
Trong đó n là tốc độ vịng để thực hiện 1 chu trình hành trình hồn chỉnh :
n=

60
2𝑡

=

60
2×2.4

= 12,48 (𝑐𝑡⁄𝑝ℎ)
3

 C 
Tuổi thọ danh nghĩa: Li  
 .50  L(km)
 f w .Pmi 

Điều kiện tải động:
3

C ≥ fw.Pmi. √

𝐿
50


3

= 1,5.1860,8. √

11981
50

= 17336,7 N = 17,34 kN

fw : Hệ số tải trọng tra theo tài liệu [1] trang 43 => fw = 1,5
Từ điều kiện tải động và tải tĩnh,tra trong catalog hãng PMI,chọn được ray dẫn
hướng mã MSA 25A với thông số:
C = 28,1 kN ; C0 = 42,4 kN

4. Tính chọn động cơ
4.1. Động cơ trục X
 Tính momen ma sát: M fric 
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

m.g ..l.cos 
2. .i.
19


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Trong đó:

- Vít me bước l = 10 mm
- Hệ số ma sát giữa thép và gang chọn µ=0,12
- Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2
- Khối lượng m = 480 kg
- Góc nghiêng trục α= 00
- Tỉ số truyền i=1 ( chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vít me bi
khơng qua hộp tốc độ), trong trường hợp này ta cần chế độ làm việc của
máy được êm, mô men cần cung cấp nhỏ, vận tốc Vmax=4000 vg/ph
được đảm bảo (vì tốc độ trục chính trong trường hợp này có thể đạt
12000 vg/ph). – η công suất (chọn η = 0,9). Thay số ta được kết quả tính
tốn sau:

M fric  1(N/ m)
 Tính momen thắng lực kết cấu M WZ 

m.g .l.cos 
2. .i.

Vì cơ cấu chấp hành nằm ngang nên α = 00 nên M WZ =0
 Tính vận tốc dài
 .D.n
 .30.2000
vmax 

 3,14( m / s )
60.1000
60.1000
 Tính momen máy
h.Pmax
0, 01.1475

M mach 

 0,83( N / m)
2. .i. .v 2. .0,9.3,14
I NInverter  I 0Motor

 Tính momen tĩnh

M stat  M fric  M WZ  M mach  1  0  0,83  1,83( N / m)
 Tính tốc đọ quay của motor

nnoml 

vmax .i 3,14 60

.
 2998,5(v/ ph)
l
0, 01 2

 Dựa vào momen tĩnh của động cơ và tốc độ của motor,chọn loại động cơ
hãng ANILAM mã AM960A với momen khởi động 5,2 Nm ; tốc độ
vòng quay lớn nhất 6000 rpm;tốc độ định mức 4500 rpm

Chọn inverter dựa trên điều kiện: I NInverter  I 0Motor
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

20



Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Chọn khớp nối trục hãng Zero-Max mã 6A22-A1C với các thơng số :

4.2. Tính chọn động cơ trục Y
 Tính momen ma sát: M fric 

m.g . .l.cos 
2. .i.

Trong đó:
- Vít me bước l = 10 mm
- Hệ số ma sát giữa thép và gang chọn µ=0,12
- Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2
- Khối lượng m = 680 kg
- Góc nghiêng trục α= 00
- Tỉ số truyền i=1 ( chọn phương án động cơ nối trực tiếp với vít me bi
khơng qua hộp tốc độ), trong trường hợp này ta cần chế độ làm việc của
máy được êm, mô men cần cung cấp nhỏ, vận tốc Vmax=4000 vg/ph
SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

21


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai


được đảm bảo (vì tốc độ trục chính trong trường hợp này có thể đạt
12000 vg/ph). – η cơng suất (chọn η = 0,9). Thay số ta được kết quả tính
tốn sau:

M fric  1,42(N/ m)
 Tính momen thắng lực kết cấu M WZ 

m.g .l.cos 
2. .i.

Vì cơ cấu chấp hành nằm ngang nên α = 00 nên
 Tính vận tốc dài

vmax 

 .D.n

60.1000



 .30.2000
60.1000

M WZ =0

 3,14( m / s )

 Tính momen máy
h.Pmax

0, 01.1475
M mach 

 0,83( N / m)
2. .i. .v 2. .0,9.3,14
 Tính momen tĩnh

M stat  M fric  M WZ  M mach  1,42  0  0,83  2,25( N / m)
 Tính tốc độ quay của motor

nnoml 

vmax .i 3,14 60

.
 2998,5(v/ ph)
l
0, 01 2

 Dựa vào momen tĩnh của động cơ và tốc độ của motor,chọn loại động cơ
hãng ANILAM mã AM 1160A với momen khởi động 7,7 Nm ; tốc độ
vòng quay lớn nhất 5400 rpm;tốc độ định mức 3000 rpm.
Chọn inverter dựa trên điều kiện:

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

I NInverter  I 0 Motor

22



Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

Chọn khớp nối trục hãng Zero-Max mã 6A22-A1C với các thông số :

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

23


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

CHƯƠNG 2: THƠNG SỐ KỸ THUẬT
1. Vít me bi :
Hãng PMI,số hiệu : 1R40-10B2-FDWC-580-869-0.018
(Theo catalog hãng PMI)
dr = 40 mm ; l = 10 mm

2. Ổ lăn
 Ổ bi đầu cố định có ký hiệu : 3306A (Theo catalog hãng SKF)
d= 30 mm; D = 72 mm; B = 30,2 mm;
C = 41,5 kN; C0 = 27,5 kN; r = 1,1 mm.
 Ổ bi đầu tùy chỉnh có kí hiệu : 16006 (Theo catalog hãng SKF)
d = 30 mm; D = 55 mm; B = 9 mm
C = 11,9 kN; C0 = 7,35 kN; r = 0,3 mm


3. Ray dẫn hướng:
Hãng PMI,số hiệu : MSA 25A
C = 28,1 kN ; C0 = 42,4 kN

4. Động cơ:
Trục X : ANILAM mã AM960A
Momen khởi động 5,2 Nm ; tốc độ quay định mức 5400 rpm
Trục Y : ANILAM mã AM 1160A
Momen khởi động 7,7 Nm ; tốc độ quay định mức 3000 rpm

5. Khớp nối trục:
Hãng Zero-Max có kí hiệu: 6A22-A1C

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

24


Đồ án thiết kế hệ thống cơ khí

GVHD: PGS.TS. Ng.T. Phương Mai

CHƯƠNG 3: BẢN VẼ CÁC CHI TIẾT CHÍNH
1. Động cơ trục X

SVTH: Nguyễn Thanh Xuân - 20154431

25