Nghiên cứu ảnh hưởng của góc profile dụng cụ cắt đến chất lượng ăn khớp của bánh răng côn xoắn hệ gleason

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trương Thành Trung NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC PROFILE DỤNG CỤ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĂN KHỚP CỦA BÁNH RĂNG CÔN XOẮN HỆ GLEASON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHẾ TẠO MÁY Hà Nội, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trương Thành Trung NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC PROFILE DỤNG CỤ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĂN KHỚP CỦA BÁNH RĂNG CÔN XOẮN HỆ GLEASON Chuyên ngành: Chế tạo máy NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Trịnh Minh Tứ Hà Nội, 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng góc profile dụng cụ cắt đến chất lượng ăn khớp cặp bánh xoắn hệ Gleason" cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2012 Tác giả Trương Thành Trung MỤC LỤC TRANG CHƯƠNG I: Tổng quan bánh côn cong tính tốn thơng số hình học truyền bánh côn cong 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các thông số bánh côn cong hệ Gleason CHƯƠNG II: Lý thuyết tổng quát tạo hình bề mặt chi tiết 15 2.1 Ngun lí tạo hình bánh côn cong hệ Gleason 15 2.2 Các phương pháp cắt 16 2.3 Tạo hình bánh xoắn hệ Gleason 18 2.4 Phương trình bề mặt biên dạng bánh côn cong hệ Gleason A Viết dạng giải tích 20 B Ứng dụng tenxơ quay viết phương trình bề mặt bánh 26 20 xoắn hệ Gleason CHƯƠNG III: Tính tốn thiết kế dầu dao gia công bánh côn 35 xoắn Gleason vị trí tiếp xúc đầu dao 3.1 Cơ sở lí thuyết chế tạo bánh Gleason 3.2 Các loại đầu dao Gleason 35 36 3.3 Xác định kích thước thiết kế đầu dao 38 3.4 Vị trí tiếp xúc bề mặt phương pháp điều chỉnh 46 vết tiếp xúc bánh côn cong hệ Gleason CHƯƠNG IV: Thực nghiệm 54 4.1 Mục đích thực nghiệm 54 4.2 Ảnh hưởng góc profile dụng cụ cắt đến chất lượng ăn khớp cặp bánh côn xoắn hệ Gleason 54 59 4.3 Chọn dầu dao 63 4.4 Chọn phôi 67 4.5 Chọn máy gia công 4.6 Chọn máy chạy rà 67 4.7 Tiến hành thực nghiệm 68 4.8 Kết thực nghiệm 69 ∗ Kết luận kiến nghị 90 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Ngun lý gia công bánh côn cong hệ Gleason Hình 2.2 Máy tạo hình bánh răng cong Hình 2.3 Ngun tắc tạo hình bánh răng cong Hình 2.4 Sơ đồ cắt bánh răng cong Hình 2.5 Sơ đồ tính đầu dao Hình 2.6 Sơ đồ xác định mặt lưỡi cắt Hình 2.7 Sơ đồ cắt Hình 2.8 Sơ đồ tính véctơ tenxơ quay Hình 2.9 Q trình hình thành mặt hơng Hình 2.10.Hệ vectơ xác định tọa độ điểm bề mặt hơng Hình 3.1 Sơ đồ biểu diễn tiết diện côn chia cặp bánh xoắn Hình 4.1 sơ đồ xác định số hiệu điều chỉnh Hình 4.2 hình dáng kích thước dao Hình 4.3 Bản vẽ đầu dao thực nghiệm Hình 4.4 Hình dáng dao ngồi Hình 4.5 vẽ chế tạo phơi thí nghiệm Hình 4.6 Máy gia cơng bánh răng cong Hình 4.7 Máy chạy rà để kiểm tra vết tiếp xúc Hình 4.8 Các cặp bánh sau gia cơng xong Hình 4.9 Cặp bánh số Hình 4.10 Cặp bánh số Hình 4.11 Cặp bánh số Hình 4.12 Cặp bánh số Hình 4.13 Cặp bánh số Hình 4.14 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ chiều cao vết tiếp xúc bánh chủ động góc profile lưỡi cắt Hình 4.15 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ chiều dài vết tiếp xúc bánh chủ động góc profile lưỡi cắt Hình 4.16 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ chiều cao vết tiếp xúc bánh bị động góc profile lưỡi cắt Hình 4.17 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ chiều dài vết tiếp xúc bánh bị động góc profile lưỡi cắt Hình 4.18 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ diện tích vết tiếp xúc góc profile dao cắt bánh chủ động Hình 4.19 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ diện tích vết tiếp xúc góc profile dao cắt bánh bị động LỜI NÓI ĐẦU Bộ truyền bánh ngày sử dụng rộng rãi phổ biến thiết bị nhiều ngành công nghiệp quan trọng ôtô, vận tải, hàng không, vũ trụ đặc điểm bật truyền động Bánh côn xoắn có nhiều tính chất ưu việt so với bánh côn thẳng nhờ tạo nên truyền làm việc nhịp nhàng, êm có tiếng ồn, thời gian ăn khớp dài, độ bền lớn, độ mòn ít, độ nhạy sai số lắp ráp nhỏ có khả thực tỷ số truyền động lớn Bộ truyền bánh côn xoắn phần tử truyền cơng suất trục thẳng góc thường phải làm việc điều kiện học khắc nghiệt tải tốc độ truyền Bánh côn xoắn thành phần quan trọng tất truyền dẫn máy bay nay, chúng sử dụng chủ yếu để truyền công suất chuyển động trục không song song, bánh xoắn dùng để truyền động từ trục nằm ngang tuốc bin khí đến trục quay thẳng đứng cánh quạt máy bay Các thành phần làm việc tốc độ cao, tải trọng lớn chế độ có số lượng chu kì tải cực lớn Đặc biệt, lí an toàn nên máy bay trực thăng, bánh xoắn có ưu điểm lớn dùng hộp bánh chuyển động dự phòng để truyền chuyển động quay Trong trục nghiêng, chúng dùng hệ thống dẫn động liên kết để đảm bảo mối liên kết học hai trục quay song hành trường hợp máy không hoạt động Tuy nhiên, tồn nguồn phát sinh dao động tiếng ồn không mong muốn hộp truyền động bánh côn xoắn Do vậy, truyền bánh xoắn có sức bền cao, trọng lượng nhỏ êm cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu đặc biệt ngành hàng không tương lai Trong trình làm việc em cố gắng tìm hiểu nghiên cứu tài liệu cộng với giúp đỡ bảo tận tình thầy Trịnh Minh Tứ thầy khoa bạn đồng nghiệp, đến em hoàn thành Luận văn Tốt nghiệp thời hạn khối lượng giao - Tuy nhiên, khả bị hạn chế nên Luận văn tránh khỏi thiếu sót định Em mong góp ý, bổ xung thầy hướng dẫn thầy môn luận văn em hoàn chỉnh - Em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Minh Tứ tồn thể thầy giáo khác mơn Kí tên: Trương Thành Trung CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CƠN RĂNG CONG VÀ TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CƠN RĂNG CONG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Bánh côn cong ngày sử dụng nhiều ngành chế tạo ôtô, máy kéo, máy bay, Hiện bánh côn cong đưa vào ngành chế tạo máy công cụ, cần cẩu, ôtô, máy công nghiệp ngành cơng nghiệp khác có ưu khuyết điểm sau: 1.1.1.Ưu điểm - Có khả thực tỷ số truyền lớn không gian tương đối hẹp (tỷ số truyền i đến 8) - Có khả truyền lực lớn, hệ số trùng khớp cao - Độ bền bánh lớn, tuổi thọ bánh cao Do có độ bền lớn nên có cơng suất giảm kích thước trọng lượng truyền - Tốc độ mòn bánh chậm, mức độ mòn cặp prôfile đối tiếp đồng - Ăn khớp êm, giảm tiếng ồn có số vịng quay lớn Có khả điều chỉnh vùng ăn khớp - Độ nhạy sai số lắp ráp nhỏ * Về gia cơng bánh răng cong có số ưu đỉêm: - Không bị cắt chân số nhỏ (Zmin = răng) - Năng suất cao có chuyển động cắt liên tục - Phạm vi gia cơng bánh có mơ đun từ 0,2 ÷ 15 mm - Đối với dạng cung tròn mài 1.1.2 Nhược điểm 4,0 4,1 4,2 4,4 17,5 17,5 18 17,5 4,0 4,4 4,3 4,4 17,5 17,5 18 17,5 4,1 4,4 4,3 4,2 17,5 18 18 17,5 4,1 4,4 4,5 4,2 18 18 18 18 4,5 4,4 4,5 4,2 18 18 17,5 18 Chiều cao trung bình vết tiếp xúc bánh chủ động htb = (4,2+4,4) ⁄ =4,3 (mm) Chiều cao trung bình vết tiếp xúc bánh bị động h′tb = 4,3 (mm) Chiều rộng trung bình vết tiếp xúc bánh chủ động ltb = (17,3+17,7) ⁄ 2=17,5 (mm) Chiều rộng trung bình vết tiếp xúc bánh bị động l′tb = (17,8+17,5) ⁄ =17,65 (mm) Bảng số liệu đo diện tích vết tiếp xúc vết Bánh chủ động Bánh bị động Diện tích Diện tích tiếp xúc diện tích vết tiếp vết tiếp xúc diện tích vết tiếp S(mm2) Trung bình xúc S′(mm2) S1(mm2) 74 72 71 Trung bình xúc S1′(mm2) 73 72 71,8 68 75 74 73 72 72 75 79 73,4 71 73 70 74 72 72 76 75 74 68 69 70 68 75 73 74 73 75 Diện tích vết tiếp xúc bánh chủ động chiếm ∆S3 diện tích bánh ∆S3 = 71,8 ×100% = 35% 201 Diện tích vết tiếp xúc bánh bị động chiếm ∆S′3 diện tích bánh ∆S′3 = 73,4 ×100% = 37% 201 Cặp bánh 4: Với dao cắt có α= 21030′ Sai số góc ∆α = ± 5″ Vị trí vết tiếp xúc _Vết tiếp xúc cách xa đỉnh trên, vành gần với đỉnh trên, vành bánh 80 Hình 4.12 Cặp bánh số Bảng số liệu đo chiều cao chiều rộng vết tiếp xúc Chiều cao vết tiếp xúc: h (mm) Chiều rộng vết tiếp xúc: l (mm) Bánh chủ động Bánh bị động Bánh chủ động Bánh bị động Mặt Mặt Trung bình Mặt Mặt Trung bình Mặt Mặt Trung bình Mặt Mặt Trung bình lồi lồi lồi lồi lõm lõm lõm lõm Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt lồi lồi lồi lồi lõm lõm lõm 5,2 5,4 5,5 5,4 17 16 17,5 16,5 5,2 5,4 5,5 5,4 17 16 17,5 16,5 5,2 5,4 5,5 5,4 17 16 17,5 16,5 5,2 5,4 5,2 5,5 17 16 16,5 17 5,4 5,2 5,2 5,5 5,4 5,5 5,2 5,2 16,5 17 16,5 17 5,4 5,3 5,2 5,3 16,5 17 17 16 5,5 5,3 5,4 5,3 16,5 17 17 16 5,3 5,4 5,4 5,4 16,5 17 81 16,6 16,4 16,5 17 lõm 16,8 16,5 5,5 5,3 5,4 5,3 16 16,5 17 16 5,1 5,3 5,4 5,3 16 16,5 16 16 5,1 5,5 5,4 5,5 16 16,5 16 17 5,1 5,5 5,5 5,5 17 16,5 16 17 Chiều cao trung bình vết tiếp xúc bánh chủ động htb = (5,3+5,4) ⁄ =5,35 (mm) Chiều cao trung bình vết tiếp xúc bánh bị động h′tb = 5,4 (mm) Chiều rộng trung bình vết tiếp xúc bánh chủ động ltb = (16,6+16,4) ⁄ 2=16,5 (mm) Chiều rộng trung bình vết tiếp xúc bánh bị động l′tb = (16,8+16,5) ⁄ =16,65 (mm) Bảng số liệu đo diện tích vết tiếp xúc Bánh chủ động Diện tích Bánh bị động Trung bình Diện tích Trung bình vết tiếp xúc diện tích vết tiếp vết tiếp xúc diện tích vết tiếp S(mm2) xúc S′(mm2) S1(mm2) xúc S1′(mm2) 79 85 88 89 83 81 85 88 82 86,2 82 87 88 78 87 82 84,4 82 83 81 81 79 85 88 84 84 86 88 88 86 84 86 84 Diện tích vết tiếp xúc bánh chủ động chiếm ∆S4 diện tích bánh ∆S4 = 86,2 ×100% = 44% 201 Diện tích vết tiếp xúc bánh bị động chiếm ∆S′4 diện tích bánh ∆S′4 = 84,4 ×100% = 42% 201 Cặp bánh 5: Với dao cắt có α= 22 o Sai số góc ∆α = ± 7″ Vị trí vết tiếp xúc _Vết tiếp xúc phân bố cách chân đỉnh 83 Hình 4.13 Cặp bánh số Bảng số liệu đo chiều cao chiều rộng vết tiếp xúc Chiều cao vết tiếp xúc: h (mm) Chiều rộng vết tiếp xúc: l (mm) Bánh chủ động Bánh bị động Bánh chủ động Bánh bị động Mặt Mặt Trung bình Mặt Mặt Trung bình Mặt Mặt Trung bình Mặt Mặt Trung bình lồi lồi lồi lồi lõm lõm lõm lõm Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt Mặt lồi lõm lồi lồi lồi lõm 16,6 lõm lõm 5,5 5,5 17,5 16,5 17,5 17 5,5 5,5 17,5 16,5 17,5 17 5,9 5,7 6,3 17,5 16,5 17,5 17 5,9 5,9 17 17 17,5 16,5 5,7 5,7 5,9 5,6 17 17,5 17 16,5 5,7 5,7 5,9 5,6 17 17,5 17 17 16,5 17 5,8 6,2 5,8 17 17 17 16,5 5,8 5,5 5,8 16,5 17 16,5 16,5 5,8 5,5 5,5 16,5 16,5 16,5 16,5 5,8 5,5 6,2 16,5 16,5 16,5 16 5,9 5,8 5,8 6,0 84 16,8 6,3 5,8 6,2 6,2 17,5 17 16,5 16 6,3 5,8 6,3 17, 17 17 16 Chiều cao trung bình vết tiếp xúc bánh chủ động htb = (5,9+5,8) ⁄ =5,85 (mm) Chiều cao trung bình vết tiếp xúc bánh bị động h′tb = (5,8+6,0) ⁄ = 5,9 (mm) Chiều rộng trung bình vết tiếp xúc bánh chủ động ltb = (17+16,8) ⁄ 2=16,9 (mm) Chiều rộng trung bình vết tiếp xúc bánh bị động l′tb = (17+16,6) ⁄ =16,8 (mm) Bảng số liệu đo diện tích vết tiếp xúc vết Bánh chủ động Bánh bị động Diện tích Diện tích tiếp xúc diện tích vết tiếp vết tiếp xúc diện tích vết tiếp S(mm2) Trung bình xúc S′(mm2) S1(mm2) 102 101 104 98 105 104 102 105 101 102,6 102 99 99 97 97 93 104 104 102 85 Trung bình xúc S1′(mm2) 100,4 103 95 101 97 104 95 98 104 101 106 98 94 Diện tích vết tiếp xúc bánh chủ động chiếm ∆S5 diện tích bánh ∆S5 = 102,6 ×100% = 51% 201 Diện tích vết tiếp xúc bánh bị động chiếm ∆S′5diện tích bánh ∆S′5 = 100,4 ×100% = 50% 201 α Hình 4.14 α Hình 4.15 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ chiều cao vết tiếp xúc bánh chiều dài vết tiếp xúc chủ động góc profile lưỡi cắt bánh chủ động góc profile lưỡi cắt 86 α α Hình 4.16 Hình 4.17 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ chiều cao vết tiếp xúc bánh bị chiều dài vết tiếp xúc động góc profile lưỡi cắt bánh bị động góc profile lưỡi cắt ∆S α Hình 4.18 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ diện tích vết tiếp xúc góc profile dao cắt bánh chủ động 87 ∆S′ α Hình 4.19 Biểu đồ biểu diễn mối quan hệ diện tích vết tiếp xúc góc profile dao cắt bánh bị động Nhận xét : Sau kiểm tra, đo đạc quan sát vết tiếp xúc cặp bánh có góc profile dao tăng dần từ 200 đến 220 ta rút số nhận xét sau _chiều dài vết tiếp xúc không thay đổi nhiều cặp bánh Cặp số : chiều dài vết tiếp xúc thay đổi từ 13,5−16,5 (mm) Cặp số : chiều dài vết tiếp xúc thay đổi từ 14,5−17 (mm) Cặp số : chiều dài vết tiếp xúc thay đổi từ 15,5−17,5 (mm) Cặp số : chiều dài vết tiếp xúc thay đổi từ 14,5−17 (mm) Cặp số : chiều dài vết tiếp xúc thay đổi từ 15,5−17,5 (mm) _Chiều cao vết tiếp xúc có xu hướng tăng lên Với α =200 có chiều cao vết tiếp xúc nhỏ hmin= 2,5 mm α = 220 đạt chiều cao vết tiếp xúc lớn h max = 6,2 mm 88 _Diện tích vết tiếp xúc tăng lên đạt vết tiếp xúc tốt α = 220 Nếu cặp bánh có mns = 3, Z1 = 32, Z2 =32 vật liệu thép CT45 cắt với dao cắt có góc profile α = 220 đạt vùng tiếp xúc tốt nhất, tức điều kiện ăn khớp xác 89 Kết luận kiến nghị: _Kết luận : Với đề tài giao “ Nghiên cứu ảnh hưởng góc profile dụng cụ cắt đến chất lượng ăn khớp cặp bánh côn xoắn hệ Gleason ’’ qua chương luận văn tác giả giải vấn đề sau : + Nghiên cứu tính tốn thơng số cặp bánh côn cong hệ Gleacon + Nghiên cứu lý thuyết tạo hình bề mặt bánh răng cong hệ Gleason xây dựng phương trình bề mặt hơng + Nghiên cứu tính tốn thiết kế đầu dao cắt bánh côn xoắn cách điều chỉnh vết tiếp xúc cắt bánh + Nghiên cứu thực nghiệm để xác định ảnh hưởng góc profile dao đến độ xác ăn khớp cặp bánh răng cong hệ Gleason, từ tìm góc profile dao hợp lí cắt bánh Kết thực nghiệm Cắt cặp bánh răng cong hệ Gleason có mns = 3, Z1 = Z2 =32 thép CT45 lấy góc profile cắt α = 220 đạt vùng tiếp xúc tốt nhất, có nghĩa độ xác truyền tốt _Kiến nghị : Do thời gian làm luận văn ngắn, phương tiện thực nghiệm cịn gặp nhiều hạn chế khó khăn nên luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng góc profile dao cặp truyền cụ thể ( tức modun, vật liệu chế tạo, vật liệu phần cắt ) Đề nghị tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng góc profile dao đến độ xác ăn khớp cặp bánh côn cong hệ Gleason cặp bánh khác modun, tỉ số 90 truyền, vật liệu bánh răng, vật liệu cắt để có kết tổng quát góp phần nâng cao độ xác chế tạo bánh 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Thiết kế dụng cụ gia công bánh răng_tập Nhà xuất Khoa học kĩ thuật-hà nội 1987 Tác giả Trịnh Minh Tứ, Trần Lục,Bành Tiến Long 2.Công nghệ chế tạo máy-Tập 1,2 Nhà xuất khoa học kỹ thuật-Hà Nội 1987 Tác giả Nguyễn Bình Trọng,Nguyễn Thế Đạt,Trần văn địch Nguyễn Văn Huyền 3.Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1,2,3 Nhà xuất khoa học kỹ thuât Tác giả: Nguyễn đắc Lộc,Lê Văn Tiến,Ninh Đức Tôn,Trần Xuân Việt 4.Bài giảng cơng nghệ tạo hình Trường đại học bách khoa Hà nội Tác giả Bành Tiến Long,Trần Thế Lục,Nguyễn Chí Quang 5.Dung sai lắp ghép Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tác giả:Ninh Đức Tơn 6.Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí-tâp 1,2 Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tác giả:Trịnh Chất,Lê văn Uyển 92 7.Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh cong ứng dụng công nghệ CAD/CAM Tác giả:Lê Sơn 8.Giáo trình thiết kế máy cơng cụ Trường đại học bách khoa hà nội Tác giả:Nguyến Phương 9.Đồ gá khí hóa tự động hóa Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tác giả:Trần Văn Địch 93 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trương Thành Trung NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GÓC PROFILE DỤNG CỤ CẮT ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĂN KHỚP CỦA BÁNH RĂNG CÔN XOẮN HỆ GLEASON Chuyên ngành: Chế tạo máy NGƯỜI HƯỚNG DẪN... luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật với đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng góc profile dụng cụ cắt đến chất lượng ăn khớp cặp bánh xoắn hệ Gleason" cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nghiên cứu. .. 46 vết tiếp xúc bánh côn cong hệ Gleason CHƯƠNG IV: Thực nghiệm 54 4.1 Mục đích thực nghiệm 54 4.2 Ảnh hưởng góc profile dụng cụ cắt đến chất lượng ăn khớp cặp bánh côn xoắn hệ Gleason 54 59 4.3