Bài tập lớn môn cơ khí Đại cương Đề 2 chế tạo bánh răng trụ răng nghiêng (spiral (helical) gear)

Chương 2 : Phân tích lựa chọn các vật liệu để chế tạo sản phẩm:Bánh răng Trụ nghiêng được sử dụng trong các nhà máy thép, nhà máy cán, công nghiệp điện và cảng.. Vật liệu chế tạo bánh ră

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

- -BÀI TẬP LỚN MÔN : CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

Đề 2: Chế tạo bánh răng trụ răng nghiêng (Spiral (helical) Gear)

Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Đình Toại Sinh viên thực hiện: Bùi Quang Huy

Chương 1 : Tổng quan về sản phẩm chế tạo:

 Mặt khác,bánh răng là một bộ phận cơ khí quay được, có dạng khối trụ tròn hoặc côn, xung quanh có các răng được cắt có thể ăn khớp với các răng của một

bộ phận khắc răng khác để truyền mô-men quay. 

Bánh răng là bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền động

 Hai bánh răng muốn khớp với nhau để truyền lực thì các răng trên cả hai bánh răng đều phải có hình dạng giống nhau Bánh răng có thể truyền chuyển động giữa các trục song song nhau, vuông góc nhau hoặc chéo nhau Chúng có tác động trực tiếp tới việc truyền động, phân phối tốc độ nhanh hay chậm của động cơ

 Bánh răng được chia thành 3 loại chính gồm bánh răng trụ, bánh răng côn và bánh vít, chi tiết hơn về các loại bánh răng như sau:

o Bánh răng trụ (răng thẳng và răng nghiêng)

o Bánh răng côn (răng thẳng và côn xoắn)

o Bánh vít

1.2 Bánh răng trụ là gì ?

 Bánh răng trụ là một bánh răng có răng chiếu ra ngoài, hình thành từ bề mặt hình trụ tròn xoay Hai bánh răng trụ được sử dụng để truyền lực giữa các trục song song

 Phân loại:

o Bánh răng trụ răng thẳng: răng hình thành theo mặt trụ

o Bánh răng trụ răng nghiêng: răng hình thành theo đường xoắn ốc trụ

o Bánh răng trụ răng chữ V: răng nghiêng theo hai phía ngược chiều nhau, làm thành chữ V.

1.3 Bánh răng trụ răng nghiêng (spirial (helical) gear) :

o Các bánh răng trụ nghiêng là những bánh răng hình trụ có răng nghiêng So với bánh răng hình trụ thẳng cùng kích cỡ thì tỉ lệ tiếp xúc răng sẽ lớn hơn,

êm hơn và lực truyền lớn hơn Hai bánh răng trụ nghiêng ăn khớp với nhau

có cùng module, góc nghiêng nhưng ngược hướng với nhau

 Tại sao nên sử dụng bánh răng trụ nghiêng?

o Bánh răng trụ nghiêng có khả năng chịu tải cao hơn

o Vận hành êm và trơn tru

o Ít hao mòn

 Hạn chế của bánh răng trụ nghiêng

o Chi phí sản xuất cao hơn

o Sinh nhiệt khi vận hành vì vậy cần thiết phải có dầu bôi trơn

o Tạo lục đẩy lên trục nên ảnh hưởng đến trục 

2 Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của bánh răng

2.1 Cấp chính xác của bánh răng

 Theo TCVN bánh răng được chia làm 12 cấp chính xác, ký hiệu theo thứ tự bằng các con số : 1, 2, 3, 4,

5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Trong đó cấp chính xác 1 là cao nhất và cấp chính xác 12 là thấp nhất

A,,Độ chính xác truyền động :

 Độ chính xác này được đánh bằng sai số góc quay của bánh răng sau một vòng Sai số này xuất hiện là

do sai số của hệ thống công nghệ Ngoài ra độ chính xác truyền động còn được đánh giá bằng sai số bước vòng và sai lệch khoảng pháp tuyến chung.

B,Độ ổn định khi làm việc :

 Ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định khi làm việc và tuổi thọ của bánh răng Độ ổn định khi làm việc được đánh giá và bằng sai số chu kỳ ( là giá trị trung bình của sai số truyền động bằng tỉ số giữa sai lệch lớn nhất và số răng của bánh răng) Độ ổn định khi làm việc được đánh giá bằng sai số bước cơ sở

2.2 Kết cấu và các thông số cơ bản của bánh răng

Tùy theo cấu trúc của thiết bị, máy móc hay động cơ mà các bánh răng sẽ được thiết kế với những kết cấu riêng Có loại thì bánh răng được chế tạo liền khối với trục, có loại thì khoét lõm, loại thì để rỗng tâm,… Trong gia công chế tạo bánh răng, cũng có một số quy tắc chung để tối ưu hóa cho hoạt động của bánh răng, như:

 Nếu đường kính ngoài (d) của bánh răng d < 150 mm: Bánh răng được chế tạo liền khối và không khoét lõm

 Nếu d < 600: Bánh răng thường được khoét lõm để giảm khối lượng

 Nếu d > 600: Bánh răng thường được chế tạo vành riêng bằng thép tốt, sau đó ghép vào moayer, loại này tôt, nhưng mà chi phí gia công đắt

o Modun là thông số quan trọng nhất của bánh răng, tất cả các thông số của bánh răng đều

có thể tính toán qua modun của bánh răng

o Công thức tính: m = P/π     và giá trị modun thường từ  0.05 đến 100 mm

o Ví dụ modun tiêu chuẩn như:

 + Dãy 1: 1; 1.25; 1.5; 2; 2.5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25

 + Dãy 2: 1.125; 1.375 ;1.75 ;2.25; 2.75; 3.5; 4.5; 5.5; 7; 9; 11; 14; 18; 22

o Chú ý: Mođun là thông số quan trọng nhất và hai bánh răng muốn ăn khớp với nhau thì Modun phải bằng nhau

 Chiều cao răng ( h ):

o Chiều cao răng là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng đáy

o Chiều cao đầu răng ha   là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng chia

o Công thức tính:   ha = m

o Chiều cao chân răng hf   là khoảng cách hướng tâm giữa vòng chia và vòng đáy

o Công thức tính:  hf  = 1.25m

o Vậy chiều cao răng  h = ha  + hf  = 2.25m

 Chiều dày răng (St ):

o Chiều dày răng là độ dài cung tròn giữa 2 profin của một răng đo trên vòng tròn chia

o Công thức tính: St = P/2 = m/2

 Chiều rộng rãnh răng ( Ut):

o Chiều rộng rãnh răng là độ dài cung tròn đo trên vòng chia của một rãnh răng

o Công thức tính: Ut= P/2 = m/2

3 Ứng dụng của bánh răng trụ nghiêng ứng dụng làm gì ?

3.1 Bánh răng trong hộp số ô tô

Hộp số oto3.2 Bánh răng trụ răng nghiêng được sử dụng trong ngành phân bón, công nghiệp in ấn

Hộp giảm tốc trong máy nghiền3.3 Bánh răng Trụ răng nghiêng  được sử dụng trong các nhà máy thép, nhà máy cán, công nghiệp điện và cảng

Tuabin gió tạo điện3.4 Bánh răng trụ răng nghiêng cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp dệt may, công nghiệp nhựa, công nghiệp thực phẩm, băng tải, thang máy, máy thổi, máy nén, công nghiệp dầu

và máy cắt

3.5 Hệ thống tời trong thang máy

4 Lựa chọn sản phẩm thiết kế : bánh răng trụ răng nghiêng

Chương 2 : Phân tích lựa chọn (các) vật liệu để chế tạo sản phẩm:

Bánh răng Trụ nghiêng được sử dụng trong các  nhà máy thép, nhà máy cán, công nghiệp điện và cảng

Bánh răng trụ nghiêng cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp dệt may, công nghiệp nhựa, công nghiệp thực phẩm, băng tải, thang máy, máy thổi, máy nén, công nghiệp dầu và máy cắt.

Vật liệu chế tạo bánh răng phụ thuộc vào điều kiện làm việc của chúng, chẳng hạn như tải trọng phải chịu, lực hay ứng suất phải chịu, độ mài mòn, chu kỳ làm việc…

Bánh răng nhỏ nên được chọn vật liệu tốt hơn bánh răng lớn vì số chu kỳ làm việc của bánh răng nhỏ nhiều hơn bánh răng lớn Bánh răng cấp chậm cần vật liệu tốt hơn bánh răng cấp nhanh vì bánh răng cấp chậm chịu tải (momen xoắn) lớn hơn cấp nhanh. 

Những bánh răng phải chịu mài mòn nhiều cần chọn vật liệu có độ cứng cao hơn Bánh răng chịu tải trọng nhỏ thì thép hóa tốt sẽ là vật liệu làm bánh răng Bánh răng hoạt động với tốc độ lớn, chịu tải nặng cần được làm bằng thép thấm cacbon

Đối với các bánh răng thông thường, vật liệu được lựa chọn thường là thép hợp kim crom như 15Cr, 15CrA, 40Cr, 45Cr hoặc crom-niken và crom-molipden như 40CrNi, 35CrMoA, 18CrMnTi.

Đối với các bánh răng chịu tải trung bình và nhỏ được chế tạo bằng thép cacbfon chất lượng cao như C40, C45 và gang. 

Đối với các bánh răng chạy với tốc độ cao mà không gây ra tiếng ồn được làm bằng chất dẻo, vải ép, da ép

Với công nghệ hiện nay, các bánh răng đã được chế tạo bằng các vật liệu bột gốm và bộtkim loại, giúp chống mài mòn tốt hơn và cũng dễ sản xuất hàng loạt với số lượng lớn hơn

Giả định môi trường làm việc của bánh răng trụ răng nghiêng có nhiệt độ nóng (khoảng 550 oC) do đó ta cần chọn thép chịu nhiệt

độ cao, thép chốn dão ( cần có hàm lượng Mo >= 0.25%) , môi trường cần chịu tải trọng trung bình ( từ 350 Mpa đến 650 Mpa ) thì cần chọn loại thép cacbon kết cấu/thép hợp kim kết cấu / thép hạt mịn-fine grain steel, đồng thời bề mặt thường thì không cần xử

lý bề mặt

Để đáp ứng điều kiện làm việc trên của bánh răng trụ răng

nghiêng ta chọn vật liệu chế tạo là thép cacbon kết cấu, chịu nhiệt

độ cao SCMQ4E (có hàm lượng Mo từ 0.90-1.10 % và có giới hạn chảy 380 Mpa) (theo tài liệu : “Các loại Thép theo ASTM

Standard”)

2 Tính chất của vật liệu được chọn

 Thành phần hóa học của vật liệu :

o Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản : JIS G 4110 :1993

SCMQ

4E 0.17 0.30- 0.60 0.50 0.01 5 0.01 5 2.00- 2.50 0.90- 1.10 0.03

 Cơ tính của vật liệu:

o Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản : JIS G 4110 :1993

Nhiệt

độ nóng chảy

Tính dãn nở Tính dẫn

nhiệt

Mô đun đàn hồi Điện trở

suất riêng Kg/m3 oC e-6/k w/m.K Gpa ohm SCMQ4E 8000-

8000

1400

1370-16-17 16-16 558 0.12

 Hóa tính của vật liệu:

Thép cacbon kết cấu SCMQ4E có khả năng chịu nhiệt, chịu nhiệt độ thấp, chống oxy hóa, chống ăn mòn theo

(http://www.ccsteels.com/Structural_steel/3626.html)

Chương 3 : Phân tích lựa chọn các quá trình công nghệ để chế tạo sản phẩm

1 Phân tích chọn phôi ban đầu để gia công :

Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chế tạo phôi khác nhau, tuỳ từng điều kiện

cụ thể của từng dạng sản xuất và điều kiện sản xuất của từng nhà máy mà ta cóphương pháp tạo phôi khác nhau Điều cần chú ý khi chọn phôi là phôi phải có hìnhdáng gần giống như chi tiết cần gia công, như vậy sẽ giảm được các bước công nghệ,nguyên công cần thiết và lượng dư gia công không cần thiết Từ đó sẽ giảm được chiphí ban đầu giảm giá thành sản phẩm sau này Có rất nhiều cách chế tạo phôi khácnhau như phôi thép thanh, phôi đúc, phôi thép cán, phôi dập, phôi rèn

Căn cứ vào hình dáng hình học, kích thước, nhiệm vụ của chi tiết trong cấu tạo bộphận máy Căn cứ vào sự chịu tải điều kiện làm việc của chi tiết và yêu cầu kỹ thuật ta

có thể lựa chọn các phương pháp tạo phôi khác nhau

Để đạt được yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, người công nghệ phải xác định đượckích thước của phôi và chọn phôi sao cho phù hợp Kích thước của phôi được tínhtoán theo lượng dư gia công còn chọn loại phôi thì phải căn cứ vào các yếu tố sau:

· Vật liệu và cơ tính của vật liệu của chi tiết phải có theo yêu cầu thực tế.

· Kích thước hình dáng và kết cấu của chi tiết

· Số lượng chi tiết cần có hoặc dạng sản xuất

· Điều kiện vật chất kỹ thuật cụ thể của nó tại nơi sản xuất

Chọn phôi hợp lý chẳng những đảm bảo tốt khả năng tính kinh tế của sản phẩm cònảnh hưởng tốt đến năng suất và giá thành sản phẩm Chọn phôi tốt sẻ làm cho quytrình công nghệ đơn giản đi mà vẫn dẫn đến xu hướng chung là làm cho hình dáng và

kỹ thuật phôi giống chi tiết gia công Ngày nay kỹ thuật chế tạo phôi tiến bộ rất nhiềulàm giảm nhiều công sức và thời gian trong gia công

 Một số phương pháp tạo phôi:

a) Hàn

Hàn là chấp nối những sản phẩm lại với nhau nhờ những que hàn, que hàn được nungnóng lên đến nhiệt độ nhất định nhờ năng lượng điện Sau đó cho que hàn vào chỗchấp nối hai thanh kim loại sẽ được nối lại thành một Nhược điểm của phương phápnày bề mặt sau khi hàn xấu và bên trong lỗ thường bị nứt rỗ nên không áp dụng đượcphương pháp này với chi tiết “ Bánh răng trụ răng nghiêng” được

b) Rèn tự do

Rèn tự do là quá trình biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng của các dụng cụ đơngiản hoặc các thiết bị tạo lực Rèn đem lại chất lượng không cao, độ bóng bề mặt thấp,tốn kim loại Vì vậy không dùng phương pháp này với chi tiết “ Bánh răng trụ răngnghiêng”.

c) Dập

Dập là phương pháp gia công bằng áp lực, những sản phẩm sử dụng phương pháp nàythường có dạng tấm: như chữ I chữ T Nhược điểm của phương pháp này là khôngdập được những chi tiết dầy, hình dáng quá phức tạp Nhưng dập lại có ưu điểm làlượng dư sau khi dập thường nhỏ và có độ chính xác rất cao Dập thường áp dụng đốivới vật liệu là thép nên chi tiết “ Bánh răng trụ răng nghiêng” rất phù hợp với phươngpháp này

Tuy nhiên chi tiết :bánh răng trụ răng nghiêng này có kích thước lớn và kết cấu phứctạp nên ta không sử dụng phương pháp này

d) Đúc

Đúc thực chất là phương pháp đổ đầy kim loại lỏng vào lòng khuôn đúc Sau khi hợpkim đông đặc sản phẩm có hình dạng kích thước theo yêu cầu Sản phẩm đúc goi làvật đúc

Đúc có nhiều phương pháp như đúc trong khuôn cát, khuôn kim loại Đúc thường

để lượng dư lớn nhiều ba via

Đúc thường áp dụng cho vật liệu là gang, ít dùng cho vật liệu là thép nên nhưng vì kếtcấu của bánh răng trụ phức tạp và bánh răng có kích thước lớn , nên ta sử dụngphương pháp này

o Công nghệ đúc trong khuôn cát

Đúc trong khuôn cát là dạng đúc phổ biến Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần (chỉrót một lần rồi phá khuôn) Vật đúc tạo hình trong khuôn cát có độ chính xác thấp, độbóng bề mặt kém, lượng dư gia công lớn, nhưng khuôn cát có ưu điểm là tạo ra vậtđúc có kết cấu phức tạp, khối lượng lớn và giá thành khuôn thấp

o Các công nghệ đúc đặc biệt

a, Đúc trong khuôn kim loại

Phương pháp này cơ bản giống đúc trong khuôn cát, nhưng có những đặc điểm riêng.Tốc độ kết tinh lớn nên cơ tính của vật đúc tốt Độ nhẵn bề mặt và độ chính xác củalòng khuôn cao, nên chất lượng vật đúc tốt Tuổi thọ của khuôn kim loại cao Ngoài racòn tiết kiệm được thời gian làm khuôn nên nâng cao năng suất và

giảm được giá thành Tuy nhiên phương pháp này không đúc được vật đúc quá phứctạp, thành mòng và lớn Vật đúc dễ bị nứt, không có tính lún và thoát khí

b, Đúc áp lực

Phương pháp này có thể đúc được vật phức tạp, thành mỏng (15mm), đúc được các

loại lỗ có kích thước nhỏ Độ bóng và độ chính xác gia công cao Cơ tính vật đúc caonhờ mật độ vật đúc lớn Ngoài ra năng suất đạt được cao Phương pháp này thườngdùng để đúc các kim loại màu, pít tông ô tô, xe máy hay cánh tỏa nhiệt Tuy nhiênđúc áp lực không dùng được lõi cát và khuôn chóng bị mài mòn do dòng chảy áp lựccủa hợp kim ở nhiệt độ cao.

c, Đúc li tâm

Đúc ly tâm (Tên quốc tế centrifugal casting)  là phương pháp đúc sử dụng lực ly tâm để phân bổ dung dịch nguyên liệu trải đều lên thành khuôn và sau đó thành phẩm đông cứng lại theo hình dạng của khuôn Sản phẩm ứng dụng công nghệ đúc ly tâm sẽ thường có dạng hình trụ rỗng.

 Lựa chọn phương pháp đúc bằng khuôn kim loại

-Sản phẩm bánh răng trụ răng nghiêng cần chế tạo có các đặc điểm như có kếtcấu phức tạp, Bánh răng này có nhiệm vụ truyền mô men và truyền lực từ trục này sang trục khác của máy Độ chính xác và độ nhám của bề mặt lỗ và bề mặt của răng ảnh hưởng tới sự truyền động của bánh răng, chịu được nhiệt độ cao, chịu tải trung bình và bề mặt thường

-Đúc bằng khuôn kim loại cho ta sản phẩm đúc có độ chính xác và độ bóng caohơn so với khuôn cát

-Có khối lượng riêng cao nên tổ chức vật đúc tốt chất lượng bề mặt cao, tính lúnhầu như không có

-Không hút nước và bền nên vật đúc ít rỗ khí, ít nứt và các khuyết tật khác

-Dễ cơ khí hoá, tự động hoá, linh động trong sản xuất cho năng xuất tương đối cao.-Giảm hao phí kim loại cho hệthống rót vì không cần hệ thống rót lớn

-Đơn giản hoá quá trình đổkhuôn và làm sạch vật đúc

Chính vì vậy, lựa chọn phương pháp đúc bằng khuôn kim loại là phương pháp hợp lý

2.Quá trình công nghệ chế tạo

Chất lượng của chi tiết máy ,độ tin cậy ,tuổi thọ và tính kinh tế của nó trong quá trìnhvận hành mà nó phụ thuộc rất lớn vào trình độ của các quy trình công nghệ gia công cơ

Quá trình công nghệ gia công cơ là một tập hợp của các tác động đến phôi theomột trình tự nhất định nhằm làm thay đổi kích thước ,hình dáng và trạng thái cơ lý tínhcủa nó để tạo sản phẩm theo bản vẽ thiết kế ban đầu.Quá trình thay đổi kích thước vàhình dáng hình học của phôi được thực hiện trong quá trình gia công cơ Còn tính chấttrạng thái cơ lý tính của lớp kim loại bề măt sẽ được biến đổi trong quá trình gia côngnhiệt

Thông số yêu cầu của sản phẩm :

Đường kính đỉnh răng to : phi 250mm

Đường kính đỉnh răng nhỏ : phi 150mm

Chiều dày bánh răng to : 40mm

Chiều dày bánh răng nhỏ : 30mm