Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế tính toán và chế tạo bánh răng côn cong dùng trong công nghiệp

Bộ công thơng viện nghiên cứu cơ khí Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế tính toán và chế tạo bánh răng côn cong dùng trong công nghiệp Chủ nhiệm đề tài: ks . đào duy trung 6867 19/5/2008 hà nội - 2007 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 1 MỤC LỤC CÁC THÀNH VIÊN VÀ CƠ QUAN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI……… 3 MỞ ĐẦU 4 Chương 1 TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 6 1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài 6 1.2 Tổng quan trong nước việc thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong 8 1.3 Ưu nhược điểm của bánh răng côn cong 13 1.3.1 Ưu điểm 13 1.3.2 Nhược điểm 13 1.4 Các hệ bánh răng côn cong và phạm vi nghiên cứu của đề tài 14 1.4.1 Các hệ bánh răng côn cong 14 1.4.2 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng cong và phạm vi nghiên cứu của đề tài 14 Chương 2 NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ…………16 2.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn cong 16 2.1.1 Đối với hệ Gleason 16 2.1.2 Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg 17 2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon 18 2.2 Truyền động bánh răng côn răng cong tròn 19 2.2.1 Số răng của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn 19 2.2.2 Môđun 21 2.2.3 Góc nghiêng và hướng răng 22 2.2.4 Prôfin gốc và dạng răng chiều trục 25 2.2.5 Chọn đường kính danh nghĩa của đầu dao 28 2.2.6 Chọn hệ số dịch chỉnh và hệ số thay đổi chiều dày tính toán của răng prôfin gốc 31 2.2.7 Hệ số để tính toán góc chân răng và góc đầu răng bánh răng côn có dạng răng dọc II 33 2.2.8 Tính toán các thông số hình học 35 2.3 Yêu cầu kỹ thuật 39 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 2 2.4 Kết luận Chương 2 40 Chương 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO - CHẾ TẠO CẶP BÁNH RĂNG 41 3.1 Tính toán các thông số hình học và thiết kế 41 3.1.1 Phần mềm tính toán và thiết kế 41 3.1.2 Các kết quả tính toán các thông số hình học và bản thiết kế 45 3.2 Quy trình công nghệ chế tạo cặp bánh răng côn cong 51 3.2.1 Bánh răng chủ động (bánh răng quả dứa) 51 3.2.2 Bánh răng bị động (bánh răng chậu) 52 3.2.3 Quy trình công nghệ nhiệt luyện 53 3.3 Thuật toán chương trình tính và điều chỉnh máy phay răng 62 3.4 Kết quả chế tạo cặp bánh răng 67 3.5 Dụng cụ và phương pháp gia công bánh răng côn cong hệ Gleason 68 3.5.1 Dụng cụ để gia công bánh răng côn cong hệ Gleason: 68 3.5.2 Các phương pháp gia công bánh răng côn cong hệ Gleason 69 3.5.3 Chọn hướng quay của đầu dao 71 Kết luận Chương 3 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 73 Một số hồ sơ thử nghiệm, nghiệm thu có liên quan PHỤ LỤC 1 - Các số liệu tiêu chuẩn, tính toán thiết kế cặp bánh răng và dao cắt PHỤ LỤC 2 – Các kết quả tính toán thiết kế cặp bánh răng côn cong (in kèm Báo cáo) BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 3 THÀNH VIÊN NHÓM ĐỀ TÀI 1. Đào Duy Trung TS. Cơ khí, Chế tạo máy Viện Nghiên cứu Cơ khí 2. Nguyễn Mạnh Tuấn KS. Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 3. Nguyễn Khoa Nguyên Ths. Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 4. Lê Thanh Sơn TS. Cơ khí, Trung tâm nghiên cứu KT Cơ khí Chính xác - Đại học Bách khoa Hà Nội 5. Trần Đức Hưng Đại tá, Thsĩ. Cơ khí, Giám đốc xí nghiệp Cơ khí Chính xác 79, Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Bộ Quốc phòng DANH SÁCH CÁC ĐƠN VỊ CÙNG THAM GIA THỰC HIỆN 1. Viện Nghiên cứu Cơ khí 2. Trung tâm Kỹ thuật Cơ khí Chính xác - Đại học Bách khoa Hà Nội 3. Nhà máy Cơ khí Chính xác 79, Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 4 MỞ ĐẦU Bánh răng côn răng cong là loại chi tiết máy cơ khí có kết cấu phức tạp, tính toán thiết kế nhiều thông số, có quy trình công nghệ gia công cơ khí không đơn giản, cần gia công trên các máy chuyên dùng có độ chính xác cao. Tuy nhiên nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị máy móc thuộc các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế (thiết bị giao thông vận tải, thiết bị khai thác mỏ, thiết bị công nghiệp nhẹ, thiết bị công nghiệp nặ ng, thiết bị quân sự, đặc biệt sử dụng nhiều trong công nghiệp ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, v.v ), vì có rất nhiều ưu điểm trong truyền động, như: khả năng tải lớn, độ bền và tuổi thọ cao, làm việc êm ngay cả ở tỷ số truyền động lớn, đảm bảo truyền động với tỷ số truyền chính xác, cho phép có sai số lớn trong lắp ráp, giảm kích thước của b ộ truyền . Nghiên cứu để tính toán, thiết kế và chế tạo bánh răng côn răng cong là một vấn đề cần thiết lúc này, đặc biệt hiện nay việc chế tạo bánh răng côn cong sẽ có một thị trường với tiềm năng lớn và sẽ được phát triển khi công nghiệp sản xuất ô tô trong nước đang được hình thành và có định hướng đi lên. Trước đây, việc đầu tư chiề u sâu cho công nghiệp sản xuất bánh răng, đặc biệt là gia công bánh răng côn răng cong còn bị hạn chế cả về nghiên cứu cũng như chế tạo sản phẩm. Sản xuất bánh răng côn răng cong ở trong nước mới chỉ dừng lại ở mức sản xuất đơn chiếc, mang tính chất chế tạo phụ tùng thay thế dựa trên các thế hệ máy cũ của Liên xô 9 (cũ) và Cộng hoà Dân ch ủ Đức trước đây. Không chỉ việc nghiên cứu chế tạo mà tính toán thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo cũng chưa thực sự hoàn chỉnh, đặc biệt còn chưa áp dụng các phần mềm chuyên dụng cho khâu tính toán, thiết kế, điều chỉnh tự động theo chương trình máy cắt răng. Điều đó làm cho chất lượng sản phẩm bánh răng côn răng cong thấp, giá thành cao và không đáp ứ ng được nhu cầu của sản xuất cũng như thị trường đòi hỏi. Trong khi đó trên thế giới việc gia công bánh răng đã được ứng dụng các công nghệ mới, tiên tiến, như việc: tính toán thiết kế bằng các phần mềm chuyên dụng cho thiết kế bánh răng, gia công trên máy CNC, Việc cho triển khai đề tài: “Nghiên cứu khảo sát, tính toán thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong dùng trong công nghiệp” là cầ n thiết, có ý nghĩa và hiệu quả kinh tế xã hội, đáp ứng đòi hỏi của thực tế hiện nay. BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 5 Trong quá trình triển khai thực hiện, nhóm đề tài xin chân thành cám ơn Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công nghiệp, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Trung tâm nghiên cứu Kỹ thuật Cơ khí chính xác- Đại học Bách khoa Hà Nội, nhà máy cơ khí chính xác 79, Z111 - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, các cơ sở có liên quan, các công tác viên của đề tài đã hợp tác, giúp đỡ hoàn thành công việc. Thay mặt nhóm đề tài Chủ nhiệm ĐT TS. Đào Duy Trung BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 6 Chương 1 TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài Theo những thông tin mới nhất cập nhật trên mạng, hiện nay trên thế giới ở một số nước như Mỹ, Nhật Bản, Cộng hoà Liên bang Đức, Ấn Độ, Hàn Quốc, Trung Quốc,…việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong tập trung một số hướng sau: - Mô phỏng 3D mặt răng của bánh răng côn cong; - Mô phỏng quá trình ch ế tạo 3D bánh răng côn cong; - Thiết kế tối ưu hoá bánh răng côn cong có răng cao dựa trên thuật toán di truyền học; - Thiết kế và mô phỏng sai số truyền động hình học bánh răng côn cong; - Mô hình hoá và mô phỏng các thông số 3D nhờ phần mềm Pro/eng.; - Mô phỏng lưới tải trọng và thử quan hệ động lực học bánh răng côn cong có chiều cao răng dài; - Mô hình hoá CAD 3D bánh răng côn cong hệ Gleason khi cắt răng th ực tế; - Nghiên cứu chế tạo bánh răng côn cong bằng NC; - Nghiên cứu điều khiển số chế tạo bánh răng côn cong trên trung tâm gia công; - Lựa chọn tự động thông số truyền động của bánh răng côn cong và Hypoit; - Phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu độ bền bánh răng côn cong; - Phân tích đáp tuyến điều hoà trục chính máy mài lắp bánh răng côn cong; - Nghiên cứu bánh răng côn cong dạng WN được chế tạo bằng trung tâm gia công,… Dưới đây là một số hình ảnh dây chuyền thiết bị và sản phẩm bánh răng được sản xuất trên thế giới (Hình 1.1 và 1.2). BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 7 Máy cắt răng côn cong Phoenix 1000 HC Máy cắt răng côn cong Phoenix II 275HC Hình 1.1 – Hai máy cắt răng côn cong hãng Phoenix BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 8 Hình 1.2 - Dây chuyền sản xuất và sản phẩm bánh răng côn cong 1.2 Tổng quan trong nước việc thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong Qua điều tra khảo sát thực tế, tại Việt Nam một số cơ sở thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong, như sau: - Trung tâm Kỹ thuật Cơ khí chính xác, khoa Cơ khí- Đại học Bách khoa Hà Nội; BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 9 - Xí nghiệp cơ khí Z29, nhà máy cơ khí chính xác 11, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng; - Công ty Cổ phần Cơ khí Hồng Lĩnh, Đại Mỗ, Hà Nội; - Công ty Cơ khí Nghiệp Hà Tây; - Cơ khí Trung tâm Cẩm Phả. Tuy nhiên, tại các cơ sở trên hiện nay trong quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo chưa thực sự hoàn chỉnh, quy trình công nghệ chế tạo, việc tính toán các thông số, đặc biệt các thông số hình học ( cho dao cắt và bánh răng ) và tính độ bền chưa được quan tâm đúng mức, chưa xây dựng phần mềm cho tính toán, thiết kế, phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng còn chưa hoàn chỉnh và chưa phù hợp với tiêu chuẩn; các thiết bị nhiệt luyện tại các cơ sở chưa đầy đủ và đồng bộ; chưa có thiết bị kiểm tra đánh chất lượng, bánh răng chế tạo ra có độ chính xác và độ ổn đị nh chưa cao. Thực trạng cụ thể được trình bày dưới đây. Xí nghiệp cơ khí chính xác Z29, thuộc nhà máy Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng là đơn vị chuyên sản xuất các mặt hàng cơ khí cho ngành quốc phòng và cho nền kinh tế, trong đó có thiết kế, chế tạo các bánh răng côn cong, được đầu tư các thiết bị gia công của Liên xô (cũ), (các Hình 1.3 đến 1.6) từ gia công cắt thô đến cắt tinh và chạy rà từng đôi một. Đặc biệt cơ sở này còn được trang bị dây chuyền nhiệt luyện (thấm than thể khí, tôi trung tần, ủ, ) bánh răng sau khi gia công cơ khí. Các cặp bánh răng chế tạo của công ty này được dùng để thay thế cho các cặp bánh răng côn cong có môđun và số răng khá lớn, dùng cho ôtô mỏ và các thiết bị trong công nghiệp khai thác than và khoáng sản. Vật liệu chế tạo các cặp bánh răng này của xí nghiệp được nhập chủ yếu từ Cộ ng hoà Liên bang Nga, Nhật Bản và Trung Quốc. Xí nghiệp không có thiết bị kiểm tra độ chính xác chế tạo bánh răng. Trung tâm Kỹ thuật cơ khí chính xác, Khoa Cơ khí - Đại học Bách khoa Hà Nội được trang bị các thiết bị gia công bánh răng côn cong của Nga đã được tin học và CNC hoá, chế tạo các cặp bánh răng thay thế phụ tùng cho các máy móc công nghiệp trong ngành ôtô, thiết bị hoá chất, thực phẩm, công nghiệp chế biến nông sản, [...]... mm Hình 1.15 - Máy cắt răng 525 của Nga VIN NGHIấN CU C KH - B CễNG THNG Hình 1.16 - Máy cắt răng 528 của Nga 12 BO CO TNG KT TI CP B NM 2007 Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip Hình 1.16 - Máy chạy rà cặp bánh răng côn cong Hình 1.17 - Các sản phẩm bánh răng côn cong 1.3 u nhc im ca bỏnh rng cụn cong 1.3.1 u im - Cú kh nng thc hin c t s truyn ln trong mt khụng gian tng... - dạng răng dọc II; 3- dạng răng dọc III; 4- phạm vi cho phép dùng dạng răng dọc II Hình 2.13 - Phạm vi sử dụng các 1- răng dọc I, II và III phụ thuộc vào Zc và n 2.2.5 Chn ng kớnh danh ngha ca u dao ng kớnh danh ngha ca u dao d0 ct bỏnh rng cong c chn theo Bng 2.5 tng ng vi cỏc dng rng dc trờn Hỡnh 2.11 Vic chn y lot ng kớnh danh ngha ca u dao d0 ct bỏnh rng c nờu trong Bng 1.2 ca Ph lc 1 Nu thụng... thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip - Thit b ch to bỏnh rng loi ny t tin 1.4 Cỏc h bỏnh rng cụn cong v phm vi nghiờn cu ca ti 1.4.1 Cỏc h bỏnh rng cụn cong Bỏnh rng cụn rng cong c s dng nhiu trong cỏc thit b cụng nghip, nhng tp trung cú ba h chớnh sau: - Bỏnh rng cụn h Gleason ( ca M ): Bỏnh rng cụn rng cong cú ng rng l cung trũn - Bỏnh rng cụn h Klingelnberg: Bỏnh rng cụn rng cong cú ng rng l... 1.14) gia cụng bỏnh rng cụn cong Cỏc sn phm ny ch yu dựng thay th cỏc chi tit cho u mỏy Diezen cụng sut nh, mt s hp tc trong mỏy cụng c, v sn lng 150 b/nm Hỡnh 1.11 VIN NGHIấN CU C KH - B CễNG THNG Hỡnh 1.12 11 BO CO TNG KT TI CP B NM 2007 Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip Hình1.13 - Máy rà nghiền 5PKM Hình 1.14 - Các sản phẩm bánh răng côn cong Cỏc bỏnh rng ch to trờn... cụn rng cong cú gúc nghiờng ca rng n t 0 ữ 150 nờn c u tiờn thit k vi dng rng dc II cú tớnh n hn ch s rng phng theo Hỡnh 2.13 VIN NGHIấN CU C KH - B CễNG THNG 27 BO CO TNG KT TI CP B NM 2007 Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip Hình 2.12 - Phạm vi sử dụng hợp lý đối với các dạng răng dọc I, II và III (prôfin gốc theo GOST 16202-70) 1- dạng răng dọc I; 2 - dạng răng dọc... TI CP B NM 2007 Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip Hỡnh 1.3 Hình 1.5 - Các sản phẩm chính của Công ty Z79 Hỡnh 1.7 VIN NGHIấN CU C KH - B CễNG THNG Hỡnh 1.4 Hỡnh 1.6 Hỡnh 1.8 10 BO CO TNG KT TI CP B NM 2007 Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip Hỡnh 1.9 Hỡnh 1.10 ú l mỏy ct bỏnh rng cụn cong ZFTKKR250 X5 ca Cng ho Dõn ch c (c), dựng cho cỏc mỏy... Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip v.v thỡ cn thit phi nghiờn cu bỏnh rng cụn rng cong h Gleason vi cỏc thit b hin cú trờn Do vy, trong ti ny chỳng tụi ch i sõu nghiờn cu loi bỏnh rng cụn rng cong h Gleason, cú hai trc vuụng gúc vi nhau, c gia cụng bng cỏc thit b trờn cho phự hp vi tỡnh hỡnh u t thit b hin cú v vic sn xut bỏnh rng cụn rng cong Vit nam Ni dung cỏc Chng cp n... CễNG THNG 31 BO CO TNG KT TI CP B NM 2007 Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong trong cụng nghip i vi truyn ng cú u v Z1 khỏc vi ch dn trong Bng 2.6 cn chn cỏc h s dch chnh theo cỏc giỏ tr ln hn gn nht ca u v Z1 Vic chn y h s dch chnh trong trng hp ny c trỡnh by trong Ph lc 1 Khi u 2,5 v mn > 2mm, cỏc bỏnh rng trong truyn ng khụng nhng c dch chnh nh ó nờu trờn m cũn c ch to vi chiu dy rng ca... cụng thc tớnh toỏn lc chiu trc v lc hng tõm trong n khp bỏnh rng cụn rng cong c gii thiu trong Bng 2.3 Cng cú th xỏc nh tr s v hng ca lc chiu trc trong truyn ng bỏnh rng cụn trc giao, cú gúc prụfin gc = 200 theo biu trờn Hỡnh 2.6 Bng 2.3 - Cỏc cụng thc xỏc nh lc n khp Lc Bỏnh rng ch ng 2T2 2T2 = d1 d2 Vũng Ft = Chiu trc Fx=Ft tg n Hng tõm Bỏnh rng b ng trong ú T1, T2 l momen trờn bỏnh rng nh & rng... trc trong n khp bỏnh rng cụn cong n = 200; 90 Khi hng rng trựng vi hng quay nu nhỡn t nh cụn chia ca bỏnh rng ch ng trong truyn ng gim tc v t nh cụn chia ca bỏnh rng b ng trong truyn ng tng tc thỡ lc chiu trc trờn cỏc bỏnh rng s hng t nh ca cỏc cụn chia Cỏc bỏnh rng i tip cú hng rng ngc nhau VIN NGHIấN CU C KH - B CễNG THNG 24 BO CO TNG KT TI CP B NM 2007 Nghiờn cu, kho sỏt, thit k bỏnh rng cụn cong . phẩm bánh răng côn cong 1.2 Tổng quan trong nước việc thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong Qua điều tra khảo sát thực tế, tại Việt Nam một số cơ sở thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong, như. nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong tập trung một số hướng sau: - Mô phỏng 3D mặt răng của bánh răng côn cong; - Mô phỏng quá trình ch ế tạo 3D bánh răng côn cong; - Thiết kế tối. CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 14 - Thiết bị chế tạo bánh răng loại