Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
LỜI MỞ ĐẦU
Máy công cụ đã có lịch sử phát triển từ lâu đời, nhưng mãi đến thế
kỷ 18 mới có thể nói máy cắt kim loại đã ra đời.Những máy công cụ này
chủ yếu dùng để gia công lổ. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ
thuật, máy công cụ đã có những bước phát triển lớn đáp ứng được yêu
cầu của sản xuất.
Máy công cụ là thiết bị cơ bản để tạo nên các máy móc và dụng cụ
của các ngành kinh tế khác nhau. Do đó mỗi quốc gia đều có chính sách
nhằm phát triển về số lượng và chất lượng của máy cắt kim loại và cũng
chính loại trang thiết bị kỹ thuật này được coi là một yếu tố đặc trưng cho
trình độ sản xuất, trình độ phát triển của mổi nước.
Máy khoan là máy cắt kim loại chủ yếu dùng để gia công lỗ. Ngoài
ra, nó còn dùng để khoét, doa, cắt ren bằng tarô, hoặc gia công những bề
mặt có tiết diện nhỏ, thẳng góc hoặc cùng chiều trục với lỗ khoan.
Việc thiết kế một cái máy khoan đứng là một quá trình rất phức tạp
đòi hỏi người thiết kế phải vận dụng những kiến thức đã học để tính toán
các thông số của máy , tìm phương án tối ưu trong việc thiết kế, chế tạo
sao cho đảm bảo tính năng hoạt động và hiệu quả kinh tế của máy .
Sau một thời gian tìm tòi học hỏi và sự làm việc tận lực của cá nhân
cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy Đoàn Đình Quân và các thầy cô bộ
trong bộ môn đã giúp cho em hoàn thành đồ án này. Do kiến thức và thời
gian có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình tính
toán thiết kế. Kính mong thầy cô chỉ dẫn thêm cho em để rút kinh nghiệm
cho đồ án tiếp theo được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Đoàn Đình Quân và các thầy cô bộ
môn đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo cho em hoàn thành đồ án này.
Hưng Yên, ngày 1 / 12 / 2012.
Sinh viên thực hiện:
Vũ Hữu Hiển
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 1

8 Số tốc độ 9 V/p
9 Giới hạn tốc độ quay của trục khoan
97 ÷ 1360
V/p
10 Các tốc độ quay của trục khoan: 97, 140,
195, 272,392, 315, 680, 900, 1360
V/p
11 Lượng tốc độ khoan sâu là: 9: 0,1; 0,13;
0,17; 0,22; 0,28; 0,36; 0,48; 0,62; 0,81;
mm/v
12 Khoảng lên xuống của bàn máy 325 mm
13 Diện tích bàn làm việc
500 ÷ 375
mm
14 Khoảng cách từ mặt dưới trục khoan đến
0 ÷ 700
mm
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 2
2
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
bàn
15 Khoảng cách từ mặt cuối trục khoan đến
nền
750 ÷ 1100
mm
16 Kích thước máy: dài x rộng x cao 900x825x230
0
mm
17 Trọng lượng máy không có động cơ 885 Kg
18 Trọng lượng máy có động cơ 925 Kg

khi bánh răng khác bị hỏng hóc.
Khối bánh răng di trượt ba bậc gồm:
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 4
4
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
• Bánh răng Z23 x 2,5: Có 23 răng mô đun là 2,5.
• Bánh răng Z27 x 2,5: Có 27 răng mô đun là 2,5.
• Bánh răng Z25 x 2,5: Có 25 răng mô đun là 2,5.
Bánh răng ( Z25 x 2,5 ) có tác dụng như một bánh răngrộng bản, phía đầu có giacông
một rãnh để lắp ngàm gạt. Bánh răng Z25 gia công rộng bản để tạo đủ 9 tốc độ cho hộp.
2. Trục II.
Là trục then hoa. Trên trục có lắp các khối bánh răng di trượt ba bậc.
Các bánh răng này lắp ghép với nhau bằng lắp ghép trung gian và định tâm
theo đường kính ngoài.
Các trục được cố định với nhau bằng than bằng và vòng phanh.
Khối bánh răng di trượt 3 bậc gồm :
• Bánh răng Z18 x 3: Có 18 răng mô đun bằng 3.
• Bánh răng Z70 x 3: Có 70 răng mô đun bằng 3.
• Bánh răng Z25 x 2,5: Có 25 răng mô đun bằng 2,5.
• Bánh răng Z36 x 3: Có 36 răng mô đun bằng 3.
Phía đầu bánh răng Z36 x 3 có gia công một rãnh để lắp ngàm gạt.
Đồng thời trên trục còn có hai bánh răng cố định là:
• Bánh răng Z68 x 2,5: Có 68 răng mô đun bằng 2,5.
• Bánh răng Z72 x 2,5: Có 72 răng mô đun bằng 2,5.
Hai bánh răng này được lắp cố định trên trục bằng 2 vòng phanh.
Phía đầu trục có lắp một cam lệch tâm để bơm dầu pistong hoạt động.
Trục được đỡ bằng 2 ổ bi đỡ.
3. Trục III
Đây là trục chính của hộp cà cũng là trục chính của máy.
Trục được chế tạo rỗng, đoạn đầu của trục gia công then hoa phía

18
Z
Z
Động cơ
pvn
kwN
/1420
8,2
=
=
I
68
27
Z
Z

II
27
54
Z
Z

III(Trục chính v/p)

72
23
Z
Z
45
36

Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
ÐC
n
dc
I
I
s
s
2
3
4
5
6
V
M
I
Phuong án 1
v
I
s
s
3
4
5
V
M
Phuong án 2
ÐC
n
dc

đc
.i
12
.i
v
= n
tc
+ Phương án 3: n
đc1
.i
12
.i
v
= n
tc
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 8
8
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
Phương tình xích động xích chạy dao
+ Phương án 1: 1vg/tc.M.i
s
.i
34
.i
56
= S
+ Phương án 2: n
đc
.i
12

= 12
- Phạm vi bước tiến dao S = 0,2 – 1,2 mm/vòng
- Công bội ϕ = 1,41
- n
min
= 42 vòng/phút
Ta có R
n
=
1
1
1
1
min
max

.
−
−
==
z
z
n
n
n
n
ϕ
ϕ
 n
max

- K
mv
= 1,02 (hệ số phụ số phụ thuộc chất lượng vật liệu gia công)
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 9
9
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
- K
uv
= 1 thuộc chất lượng vật liệu dụng cụ cắt)
- K
nv
= 0,75 (hệ số phụ thuộc tình trạng bề mặt gia công)
- K
v
=1,02.1.075 = 0,765
- V
max
=
2,43765,0
1,070
251,17
4,0125,0
25,0
=×
×
×
(m/p)
- V
min
=

=60 (v/p)
n
3
= n
1
. ϕ
2
= 42.5.1,41
2
= 84.494⇒ chọn n
3
= 85 (v/p)
n
4
= n
1
. ϕ
3
= 42.5.1,41
3
= 119.136⇒ chọn n
4
= 118 (v/p)
n
5
= n
1
. ϕ
4
= 42.5.1,41

. ϕ
7
= 42.5.1,41
7
= 470.893⇒ chọn n
8
= 475 (v/p)
n
9
= n
1
. ϕ
8
= 42.5.1,41
8
= 663.959⇒ chọn n
9
= 670 (v/p)
n
10
= n
1
.ϕ
9
= 42.5.1,41
9
= 936.183⇒ chọn n
10
= 950 (v/p)
n

S
S
= =
Công bội ϕ
s
= 1,26; Z
s
=
ln
ln14
1 1 12.4
ln ln1,26
s
s
R
φ
+ = + =
Chọn Z
s
= 14
Ta có : S
min
= 0,1 mm/vòng.S
max
= 1,4 mm/vòng
2. THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC XÍCH TỐC ĐỘ
Các số liệu ban đầu :
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 10
10
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125

S
r
= 2
∑
=
x
i
i
p
1
=2(3+2+2) = 2(2+3+2) = 2(2+2+3) = 14 (bánh răng)
i: số nhóm truyền.
P: số tỷ số truyền.
+chú ý lượng bánh răng chịu mômen xoắn ở trục cuối cùng
+chú ý các cơ cấu đặt biệt trong ly hợp ma sát , phanh .
Lập bảng so sánh phương án không gian:
PAKG
Yêú tố so sánh
3x2x2 2x3x2 2x2x3
Tổng số bánh răng 14 14 14
Tổng số trục 4 4 4
Số bánh răng trụcra 2 2 3
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 11
11
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
Từ bảng ta có thể chọn phương án không gian là 3 x 2 x 2
hay 2 x 3 x 2
Vì phương ánh không gian 3 x 2 x 2 có 3 bánh răng chịu tốc độ cao
nên nhanh mòn ,không kinh tế.
Vậy ta chọn phương án 2 x 3 x 2 là tốt nhất

ϕ
x
max
= ϕ
x(p-1)
Trong đó:
x: lượng mở
p: số tỷ số truyền trong nhóm
Lập bảng so sánh phương án thứ tự.
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 12
12
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
PAKG 2 x 3 x 2 2 x 3 x 2 2x 3 x 2 2 x 3 x2 2 x 3 x2 2 x 3 x 2
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
Lượng
mở max
6 8 6 8 6 6
ϕ
xmax
≤ 8
7,85 15,6 7,86 15,6 7,86 7,86
Từ bảng trên ta loại hai phương án thứ tự I III II và II III I
Còn lại các phương án sau:
a) PATT I II III
[1] [2] [6]
n
1

n
7
n
8
n
9
n
10
n
12
n
12
b) PATT II I III
[3] [1] [6]
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 13
13
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
n
1
III
II
I
n
0
i
1
i
2
i
3

IV
c) PATT III I II
[6] [1] [3]
n
10
n
11
n
12
IV
n
1
III
II
I
n
0
i
1
i
2
i
3
i
4
i
5
i
6
i

i
2
i
3
i
4
i
5
i
6
i
7
n
2
n
3
n
4
n
5
n
6
n
7
n
8
n
9
n
10

15
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
ϕ = 1,41
Tỷ số truyền I phải thoải mảng điều kiện:
1/4 ≤ i ≤ 2
+ Nhóm 1: i
1
: i
2
= 1:ϕ
3
; chọn i
1
= 1/ϕ
2
do đó i
2
= ϕ
+ Nhóm 2: i
3
: i
4
: i
5
= 1 : ϕ : ϕ
2
; chọn i
3
= 1/ϕ
3

chọn η
đ
= 0,95 hệ suất trượt của bánh đai
1
950
0,69
1450.0,95
.
đc
đ
n
n
η
= =
n
1
= 910 (vòng/phút)
Suy ra: i
đ
=
Vậy đường kính bánh đai nhỏ và lớn là: d = 128 (mm); D = 200 (mm)
• Từ các thông số trên ta vẽ được đồ thị vòng quay
Từ các tính toán trên ta có:
ϕ = 1,41; Z
v
= 12; x = 3; n
min
= 42.5 (vòng/phút); n
max
= 1900 (vòng/phút)

ϕ
; i
7
= ϕ
2
.
Ta có:
min
i
=
4
1
ϕ
=
4
41,1
1
=0,71;
max
i
= ϕ
2
=1,41
2
=1,98.
Thỏa mãn điều kiện:
2
4
1
≤≤ i

n
6
n
7
n
8
n
9
n
10
n
11
n
12
IV
n
PAKG : 2 X 3 X 2
PATT : II I III
Lượng mở: [3] [1] [6]
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
• Xác định số răng của các bánh răng :
Ở đây ta xác định số răng của các bánh răng theo phương pháp tính
chính xác. Yêu cầu khi tính theo phương pháp này là các bánh răng có
cùng môđun và các khoảng cách trục trong một nhóm truyền là bằng nhau
Hay : ΣZ
x
= E
1
.(f
1

gf
f
+
(1);
xx
x
x
gf
g
EkZ
+
=
.
'
(2)
Trị số E cần phải chọn trong một giới hạn giới hạn nào đó để cho
số răng tính ra không nhỏ hơn số răng giới hạn Z
min
= 17. Cho nên để
tránh hiện tượng cắt chân răng thì cần đảm bảo: Z ≥ Z
min
♦ Nếu bánh chủ động có số răng nhỏ nhất thì: Z
x
≥ Z
min
♦ Nếu bánh bị động có số răng nhỏ nhất thì:
'
x
Z
≥ Z

)(
min
+
=
min
bë
và ta xác định E theo
min
bë
E
khi i > 1.
Và khi E không nguyên thì lấy giá trị E là lớn hơn và gần E tính nhất .
Trong hộp tốc độ có 3 nhóm truyền với các tỷ số truyền sau :
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 17
17
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
♦ Nhóm I : i
1
=
2
1
ϕ
; i
2
= ϕ.
♦ Nhóm II : i
3
=
3
1

ϕ
=
2
1
41,1
1
2
≈
⇒ (f
1
+ g
1
) = 1 + 2 = 3
i
2
= ϕ = 1,41
5
7
≈
⇒ (f
2
+ g
2
) = 7 + 5 = 12 = 2
2
.3
Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên: K= 2
2
.3.= 12
Vì

1
11min
=
+
=
+
Kf
gfZ
Chọn : E
minc
= 5
Tổng số răng của một cặp bánh răng ăn khớp trên trục :
Z = K.E = 12.5 = 60
Số răng của các cặp bánh răng trong nhóm truyền thứ nhất :
Z
1
= K.E .
20
)21(
1
5.12
11
1
=
+
=
+ gf
f
.
40

.25
)57(
5
5.12
22
2
'
2
=
+
=
+
=
gf
g
EKZ
 Z
1
= 20, Z’
1
= 40, Z
2
= 35 , Z’
2
= 25
2) Xác định số răng của các bánh răng trong nhóm II:
ta có: i
3
=
3

4
) = 1 + 2 = 3
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 18
18
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
i
5
=
ϕ
1
=
7
5
41,1
1
≈
⇒ (f
5
+ g
5
) = 5 + 7 = 12
Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên: K = 12x7 = 84
Vì
1
3
<i
nên ta tính E
min
theo Z
min

Chọn: E
minc
= 1
Tổng số răng của một cặp bánh răng ăn khớp trên trục:
Z = K .E = 84.1 = 84.
Số răng của các cặp bánh răng trong nhóm truyền thứ nhất:
Z
3
= K.E .
22
)3111(
11
1.84
33
3
=
+
=
+ gf
f
62
)3111(
31
1.84
33
3
'
3
=
+

=
+
=
gf
g
EKZ
Z
5
= K.E .
35
)75(
5
.1.84
55
5
=
+
=
+ gf
f
49
)75(
7
.1.84.
55
5
'
5
=
+

1
4
≈
⇒
(f
6
+ g
6
) = 11 + 43 = 54 = 2.3
3
.
i
7
=
2
ϕ
=
241.,1
2
≈
⇒
(f
7
+ g
7
) = 2 + 1 = 3
Vậy bội số chung nhỏ nhất của các tổng trên : K = 2.3
3
= 54
E

6
66min
=
+
=
+
kf
gfZ
. Chọn E=2
Tổng số răng của một cặp bánh răng ăn khớp trên trục:
Z = K . E = 54.2 = 108.
Số răng của các cặp bánh răng trong nhóm truyền thứ III:
Z
6
= K.E .
22
)4311(
11
.2.54
66
6
=
+
=
+ gf
f
86
)4311(
43
.2.54

77
7
'
7
=
+
=
+
=
gf
g
EKZ
Vậy số răng của các bánh răng trong hộp như sau :
Z
1
= 20 ;
40
'
1
=Z
Z
2
= 35 ;
25
'
2
=Z
Z
3
= 22 ;

36
'
7
=
Z
• Kiểm tra sai số vòng quay trục ra
∆
n :
Sai số vòng quay trục ra ∆n =
][%
n
tc
thtc
n
nn
∆≤
−
∗ Sai số vòng quay cho phép [∆n]
[∆n] = ± 10 (ϕ - 1)% = ± 10 (1,41 - 1 ) = 4,1%
∗ Số vòng quay tiêu chuẩn
tc
n
:
Tra bảng số vòng quay tiêu chuẩn , ta có chuỗi số vòng quay:
42.5, 60, 86, 118, 170, 236, 335, 475, 670, 950,1320, 1900
vòng/phút
∗ Số vòng quay thực tế n
th
n
th

đc
= 1450 (vòng/phút).
η
đai
= 0,985 (η
đai
: hiệu suất bộ truyền đai).
i
đai
= 0,7 (i
đai
:tỷ số truyền của bộ truyền đai).
⇒
n
th
= 995








Π
=
'
1
i
i

= 950.
20 28 22
60.75
40 56 86
× × =
; n
8
= 950.
20 28 72
475
40 56 36
× × =
n
3
= 950 .
20 35 22
86.79
40 49 86
× × =
; n
9
= 950.
20 35 72
678.57
40 49 36
× × =
n
4
= 950 .
35 22 22

× × =
; n
12
= 950 .
35 35 72
1900
25 49 36
× × =
Từ các giá trị trên ta tính sai số và lập được bảng sau:
Lập bảng tính sai số tốc độ của trục chính theo cong thức sau:
∆n =
n
nn
tc
tttc
−
x 100%
Trong đó:
n
TC
: số vòng quay tiêu chuẩn
n
TT
: số vòng quay tính toán
∆n: sai số vòng quay cho phép .
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 21
21
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
Bảng 2.3 : Bảng tính toán và so sánh sai số vòng quay:
TT n

'
/i
x
)x 100%
%
∆i = ± 10 (ϕ -
1)%
1












−
2
2
41,1
1
40
20
41,1
1
x 100%









−
3
3
41,1
1
62
22
41,1
1
x 100%
0,53
4,1
4










1
49
35
41,1
1
x 100%
-0,71
4,1
6












−
4
4
41,1
1
86
22
41,1
1

Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
22
62
56
49
36
86
72
22
n= 1450(v/ph)
28
35
25
200
40
35
20
128
N= 4 Kw
4. THIẾT KẾ ĐỘNG HỌC XÍCH CHẠY DAO
Đặc điểm kết cấu hộp chạy dao của máy khoan đứng là dịch chuyển theo
trục chính nên đòi hỏi phải bố trí riêng và có kết cấu nhỏ gọn, khối lượng
càng nhỏ càng tốt. Cho nên ta sử dụng hộp chạy dao có cơ cấu then kéo và
sử dung bánh răng dùng chung. Cơ cấu này đơn giản bao gồm một số bánh
răng hình tháp ghép ngược nhau, có một trục gồm các bánh răng cố định,
trục kéo gắn các bánh răng lồng không, khi cần sự ăn khớp của cặp bánh
răng nào chỉ việc di chuyển then kéo.
Số bánh răng trên một trục bộ then kéo từ 3 ÷ 5 không nên lớn
hơn. Để đảm bảo then kéo không móc vào 2 bánh răng cùng một lúc thì
hai đỉnh then kéo cần cách nhau một khoảng bằng (k -

⇒ Ta chọn x = 2
4.2. Thiết kế phương án không gian :
SVTH: Vũ Hữu Hiển Lớp: CTK9LC1 GVHD: Đoàn Đình Quân 24
24
Hình vẽ: Sơ đồ phương án không gian HCD
I
II
III
PAKG: 3 x 3
Trường ĐH SPKT Hưng Yên Thiết kế máy khoan K125
♦
Phương án không gian :
Từ cấp số vòng quay Z
s
= 9 và số nhóm truyền tối thiểu x = 2 ta có
các phương án không gian sau :
Z
S
= 12 = 3× 3
Sơ đồ bố trí phương án không gian được bố trí như hình vẽ sau:
4.3. Thiết kế phương án thứ tự :
∗ Lập bảng các phương án thứ tự :
Với phương án không gian trên ta có B
n
= K l = 2! = 2 phương án thứ
tự
(K: số nhóm bánh răng truyền dẫn trong hộp tốc độ)
Ta có các phương án thứ tự sau: Do cả 2 nhóm bánh răng đều có 3 cặp
bánh răng nên PATT là như nhau.
1) Z = 3 x 3