tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu tạo HÌNH bề mặt BÁNH RĂNG côn XOẮN và GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG bề mặt RĂNG côn XOẮN KHI GIA CÔNG

Mặc dù cónhiều ưu điểm như vậy nhưng việc gia công, tạo hình chế tạo vànâng cao chất lượng bề mặt của bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòihỏi phải được nghiên cứu đầy đủ mới có thể đảm bả

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Trịnh Thanh Thiên

NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH BỀ MẶT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT

RĂNG CÔN XOẮN KHI GIA CÔNG

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

MÃ SỐ: ………

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 GS.TS BÀNH TIẾN LONG

2 TS NGUYỄN TIẾN ĐÔNG

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Bộ truyền động bánh răng nói chung hiện nay đang được sử dụngkhá rộng rãi trong các thiết bị máy móc do có nhiều ưu điểm hơn sovới các bộ truyền khác như bộ truyền xích, dây đai Trong côngnghiệp chế tạo ô tô, máy kéo, máy công cụ, trong ngành giao thôngvận tải các loại bánh răng sử dụng có độ chính xác rất cao, trong

đó bánh răng côn xoắn có nhiều ưu việt hơn so với bánh răng cônthẳng nhờ tạo nên bộ truyền làm việc nhịp nhàng, êm, ít tiếng ồn,thời gian ăn khớp dài, độ bền răng lớn, độ mòn ít, độ nhạy đối với sai

số khi lắp nhỏ và có khả năng thực hiện tỷ số truyền lớn Mặc dù cónhiều ưu điểm như vậy nhưng việc gia công, tạo hình chế tạo vànâng cao chất lượng bề mặt của bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòihỏi phải được nghiên cứu đầy đủ mới có thể đảm bảo thiết kế và chếtạo sản phẩm bánh răng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tế

sản xuất Chính vì vậy việc “Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng côn xoắn và giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng côn xoắn khi gia công” là rất cần thiết

M c đích c a đ tài:ục đích của đề tài: ủa đề tài: ề tài:

Nghiên cứu các phương pháp tạo hình bề mặt gia công bánh răng cônxoắn, ảnh hưởng của từng phương pháp tới chất lượng bộ truyềnbánh răng côn xoắn

Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng côn xoắnkhi gia công.

Đ i tối tượng nghiên cứu của đề tài: ượng nghiên cứu của đề tài:ng nghiên c u c a đ tài:ứu của đề tài: ủa đề tài: ề tài:

- Máy: máy cắt bánh răng côn xoắn 525, 528

- Vật liệu gia công: Thép hợp kim 9XC, XBG

2 Ph ương pháp nghiên cứu của đề tài: ng pháp nghiên c u c a đ tài: ứu của đề tài: ủa đề tài: ề tài:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm

3 Ý nghĩa c a đ tài: ủa đề tài: ề tài:

- Ý nghĩa khoa học:

- Ý nghĩa thực tiễn:

4 N i dung lu n văn: ội dung luận văn: ận văn:

- Nghiên cứu các phương pháp tạo hình

Xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo hình và chất lượng của sản phẩm

- Đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt

- Lựa chọn 1 loại bánh răng côn xoắn trong ô tô du lịch, cắt thử

và khảo nghiệm chất lượng bánh răng

- Độ mòn của bánh răng ít, sự mòn của cặp Profil đối tiếp đồngđều.

- Ăn khớp êm, giảm tiếng ồn ngay cả khi có số vòng quay lớn.Cókhả năng điều chỉnh vùng ăn khớp

- Độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ

1.1.2 Nhược điểm

- Lực chiều trục của truyền động bánh răng côn răng cong lớnhơn so với truyền động bánh răng côn răng thẳng do đó gâymòn răng và khó khăn cho việc thiết kế ổ

- Tính toán thiết kế phức tạp hơn so với bánh răng côn răngthẳng

- Thiết bị để chế tạo bánh răng côn răng cong đắt tiền

- Việc tính toán điều chỉnh máy phức tạp đòi hỏi phải có côngnhân và kỹ thuật viên có tay nghề cao.

- Các bảnh răng côn răng cong nhìn chung chưa thực hiện đượcnguyên công mài răng trừ bánh răng côn răng cong dạng cungtròn

1.1.3.Phân loại bánh răng côn răng cong.

- Bánh răng có dạng cung tròn (Hệ Gleason) của Mỹ.Loại nàythường có chiều cao răng thay đổi

- Bánh răng có dạng xoắn theo chiều đường thân khai kéo dài(Hệ Klingelnberg) của Cộng hòa Liên bang Đức

- Bánh răng có dạng răng xoắn theo đường Epicycloid kéo dài(Hệ Oerlicon) của Thụy Sĩ.Loại này thường có chiều cao răngkhông đổi

Ngoài ra còn có hệ Fiat-Mammano của Italia và Caraven Brother củaAnh nhưng các hệ này đều dựa trên nguyên lý Oerlicon

RĂNG CONG HỆ GLEASON.

1.2.1.Tỷ số truyền i.

1.2.2.Số răng Z

1.2.3.Mô đun ms=mn/cosβ

1.2.4.Chiều dài trung bình của đường sinh côn lăn Le

Le=0,5ms

1.2.5.Chiều dài trung bình của đường sinh côn lăn L.

L=Le-0,5b (Trong đó b là chiều rộng vành răng)

1.2.6.Đường kính đầu dao D u

1.2.7.Hệ số chiều cao răng.

1.2.15.Các kích thước profil răng:

CHƯƠNG II : TẠO HÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG BÁNH RĂNG

CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON.

2.1 Tạo hình bánh răng côn răng cong

2.1.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ Gleason

Việc gia công bánh răng côn hệ Gleason dựa theo nguyên lý ănkhớp cưỡng bức giữa các bánh răng dẹt sinh tưởng tượng (do chiềuchuyển động của dao tạo nên) và phôi bánh răng gia công (Hình 2-1).Dụng cụ cắt là dao phay mặt mặt đầu, trên đó có gắn lưỡi dao Khi cắtrăng đầu dao sẽ thực hiện hai chuyển động tạo hình :

- Chuyển động quay quanh trục O (theo chiều S1);

- Chuyển động quay quanh trục đầu dao O1 với vận tốc cắt V[m/phút] (theo chiều S2) Chuyển động S2 là chuyển động tạo hình đơngiản tạo ra chiều dài răng

Hình 2.1: Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ Gleason.

2.1.2 Nguyên lý ch t o bánh răng Klingelnberg ế tạo bánh răng Klingelnberg ạo bánh răng Klingelnberg

Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg khác với nguyên lý chếtạo bánh răng Gleason cơ bản là sử dụng đầu dao phay lăn côn làm việctheo nguyên lý bao hình liên tục Bánh răng có chiều cao răng giốngnhau trên toàn bộ chiều rộng vành răng

Chế tạo bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg dựa trên nguyên lý

ăn khớp cưỡng bức giữa bánh dẹp sinh tưởng tượng ( giá lắc đóng vai trò

là dao và bánh răng đóng vai trò là dao và bánh răng vai trò là phôi Đểtạo hình bánh răng Klingelnberg dao phay trục vít thực hiện chuyểnđộng S3 quay quanh trục của nó tạo ra tốc độ cắt gọt, đầu dao thêmchuyển động phụ S1 để dao phay trục vít lắn trên mặt côn bánh dẹp sinh.Bánh dẹp quay quanh trục tâm máy với chuyển động S4 Bánh răngchuyển động quanh trục của nó S2

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelnberg

2.1.3 Nguyên lý ch t o bánh răng Oerlikon ế tạo bánh răng Klingelnberg ạo bánh răng Klingelnberg

Để chế tạo bánh răng Oerlikon máy có chuyển động sau: Bánh dẹpsinh chuyển động quay quanh trục tâm máy ( S1, S1* ); chuyển động tạo

ra tốc độ cắt gọt của dầu dao ( S2, S2* ); chuyển động của phôi quanh trục của nó ( S3, S3* ) Với chiều chuyển động của phôi, dao, bánh dẹp sinh phù hợp cho ta các dạng răng epicicloit kéo dài hoặc hypoit kéo dài

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelnberg

2.2 PHƯƠNG TRÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG CỦA BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON

2.2.1 Các phương pháp cắt.

2.2.2.1 Phương trình viết dưới dạng giải tích

2.2.2.2.Ứng dụng ten-xơ quay viết phương trình bề mặt răng của bánh răng cong răng côn hệ Gleason.

2.2.2.2.1 Thiết lập công thức tính ten xơ quay.

2.2.2.2.2.Thiết lập phương trình bề mặt của bánh răng côn răng cong hệ Gleason.

Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẦU DAO GIA CÔNG BÁNH RĂNG

CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON.

3.1 NGUYÊN LÝ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG

Pi1

Hình 3.2: Tiết diện của các côn chia bánh răng

Trên hình vẽ biểu diễn khai triển một tiết diện của các côn chiabánh răng chủ động 1 và bị động 2.Mặt bên của rãnh Pi2Pe2 được tạo lên bằng lưỡi cắt ngoài của đầu dao có bán kính ren Mặt lồi

được tạo thành bằng lưỡi cắt trong đó có bán kính rin Cùng một dụng

cụ đó để cắt bánh răng củ động 1 mà sườn răng lồi Pi1Pe1 ăn khớp với

Pi2Pe2 và Các profil ăn khớp có các bán kính cong của răng khác nhau và phải ăn khớp tại Ps và Ps’

3.3.CÁC LOẠI ĐẦU DAO GLEASON.

3.3.1.Đ u dao phay côn răng cong k p b ng c khí ầu dao phay côn răng cong kẹp bằng cơ khí ẹp bằng cơ khí ằng cơ khí ơng pháp nghiên cứu của đề tài:

3.3.1.1.Đ u dao phay thô ầu dao phay côn răng cong kẹp bằng cơ khí

3.3.1.2.Đ u dao phay tinh ầu dao phay côn răng cong kẹp bằng cơ khí

3.4.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ CỦA ĐẦU DAO.

3.4.1.Số hiệu dao

Nn=

Góc xoắn trung bình thực tế sẽ được tính:

3.4.2.Đ ường kính danh nghĩa của đầu dao dn ng kính danh nghĩa c a đ u dao dn ủa đầu dao dn ầu dao dn

3.4.3.S l ố lượng dao Zn ượng dao Zn ng dao Zn

3.4.4.L ượng dao Zn ng m dao c t Sn (Chi u r ng làm vi c c a dao) ở dao cắt Sn (Chiều rộng làm việc của dao) ắt Sn (Chiều rộng làm việc của dao) ề tài: ội dung luận văn: ệ gleason ủa đề tài:

Với bánh chủ động:

Với bánh bị động:

3.4.5.Thông s hình h c ố lượng dao Zn ọc.

a)Góc tĩnh của đầu dao

b)Góc tĩnh của lưỡi dao

c)Các góc làm việc của dao

3.4.6.Ch n h ọc ướng quay của đầu dao ng quay c a đ u dao ủa đề tài: ầu dao phay côn răng cong kẹp bằng cơ khí

Khi nhìn từ phía sau thì đầu dao phải có chiều chuyển động theohướng kim đồng hồ ,còn đầu dao quay trái thì ngược lại.Nếu hướng quay của đầu dao và hướng xoắn của chi tiết gia công giống nhau thì đầu dao luôn luôn cắt từ vành trong ra vành ngoài.Với bánh răng có

tỷ số truyền i thì chọn hướng quay đầu dao thô và đầu dao tinh cùng chiều với hướng xoắn của chi tiết gia công.Với I=1:1 và 2:1 thì chọn ngược lại.Nói chung khi bánh răng có số răng ít thì nên

sư dụng dao quay phải để nâng cao chất lượng bánh răng và tăng tuổibền của dao

3.4.7.Dạng mặt bên của dao cắt.

Mặt bên là một trong những yếu tố kết cấu quan trọng củadao cắt, pfrofil răng của dao tùy thuộc vào dạng mặt bên đó.Nó cầnthỏa mãn những điều kiện sau:

- Giữ được dạng thẳng của cạnh cắt trên dao ngoài và trong ởtiết diện bất kỳ đi qua trục đầu dao, điều đó quan trọng đối với sựtiếp xúc điểm của profil cặp bánh răng

- Giữ được góc profil và không thay đổi ở tiết diệnhướng kính bất kì và góc ăn khớp của cặp bánh răng tương ứng vớichúng

- Giữ được trị số không thay đổi của đường kính đỉnh dao cắtngoài và trong vì chúng ảnh hưởng đến trị số và vị trí vùng tiếp xúcvới profil

- Giữ được các góc sau là những hằng số ở bất kỳ tiết diệnhướng kính nào

CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM

4.2 Chọn phôi

Tiến hành thí nghiệm với 2 phôi

Hình 4.2: Phôi được tiện côn

CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU

Số răng bánh chủ động và bánh bị động: Z1=Z2= 32

Mô đun pháp tuyến trung bình mms = 2,75

Kiểu răng: Cung tròn ( Hệ Gleason ) dạng 2

Sau khi tính toán vẽ được dụng cụ gia công côn xoắn:

4.4 Nâng cao chất lượng đầu dao

Để nâng cao khả năng cắt của đầu dao bánh răng côn xoắn thì cần được thấm Nitơ Plasma và phủ Phủ PVD – TiN

Theo các đánh giá sơ bộ, tuổi thọ dụng cụ khi phủ thường gấp từ 2 -3 lần so với khi không phủ Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ứng dụng cụ thể còn cho thấy tuổi thọ có thế tăng gấp 10 lần

4.4.1 Thấm Nitơ plasma

Hình 4.8: Thép P18 thấm ở 5000  5300C

4.4.2 Ph PVD – TiN ủa đề tài:

Đầu dao phay bánh răng côn xoắn sau khi được thấm nitơ Plasma xong đem đi phủ PVD – TiN

Hình 4.9: Đầu dao phủ PVD – TiN

Hình 4.10: Dao cắt bánh răng côn xoắn khi được lắp đầu dao hoàn

Mô đun máy trong khoảng từ 1,5 đến 5

Hình 4.11: Máy gia công bánh răng côn răng xoắn

4.7 Tiến hành thí nghiệm:

- Gá đặt dao:

Cách gá phôi: Phôi được định vị và kẹp chặt bằng đai ốcKiểm tra tổng quan trước khi cắt

Hình 4.16: Bánh răng đang được gia công

Cắt lượt 2 với chiều sâu cắt: t =1,5 mm, V = 105m/ph

Tiến hành cắt 2 cặp bánh răng với đầu dao được phủ PVD – TiN và 2cặp bánh răng chưa được phủ

4.8 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

Bánh răng được gia công xong

So sánh hai bánh răng được gia công bằng đầu dao khác nhau

Bánh răng khi được gia công

bằng dầu dao được phủ PVD –

Bánh răng được gia công bằngđầu dao không phủ với V = 35m/p

TiN với V = 105m/ph

Hình 4.20: So sánh hai bề mặt răng

Bề mặt răng được phóng to

Bề mặt răng khi được gia công

bằng đầu dao phủ PVD – TiN

với V = 105m/ph

Bề mặt răng khi được giacông bằng đầu dao khôngphủ với V = 35m/p Hình 4.21: Bề mặt răng được phóng đại

Phân tích hình ảnh qua bề mặt răng ta thấy chất lượng bề mặtcủa bánh răng khi gia công bằng đầu dao được phủ PVD – TiN có chất lượng tốt hơn mặc dù được gia công ở vận tốc gấp 3 lần so với đầu dao chưa phủ Ở bánh răng được gia công bằng dụng cụ không phủ có hiện tượng cháy đỉnh răng (vùng khoanh tròn)

Phoi thoát ra đối với đầu dao được phủ bé hơn nên dễ thoát hơn, hệ số ma sát của đầu dao phủ PVD – TiN sẽ nhỏ hơn so với đầudao chưa phủ.

Phoi cắt của lưỡi dao chưa

phủ khi cắt với chiều sâu

cắt t = 1,5 mm và V = 35

m/ph

Phoi cắt của lưỡi dao phủ PVD - TiN khi cắt với chiều sâu cắt t = 1,5 mm và

V = 105 m/ph

Hình 4.22: Phoi khi cắt xong

Phoi cắt của đầu dao được phủ PVD –TiN dễ thoát hơn do phoi bé hơn rất nhiều so với đầu dao chưa phủ

Qua các hình ảnh thu được sau khi cắt xong có một số nhận xét so sánh giữa hai bề mặt như sau:

Đặc tính Bề mặt răng khi được

gia công bằng đầu dao

Độ bóng bề mặt thấp hơn sovới khi được gia công bằng đầu dao được phủ

Độ bền

đầu dao

Do được phủ bằng PVD –

TiN độ cứng của đầu dao

được tăng lên gấp 5 -10

lần lên cắt được nhiều lần

thoát ra dễ hơn phoi

Phoi khó thoát hơn

Hệ số ma

sát

Hệ số ma sát giữa bề mặt

đầu dao được phủ và bề

mặt chi tiết gia công nhỏ

hơn

Hệ số ma sát giữa đầu dao chưa phủ và bề mặt chi tiết gia công lớn hơn

Năng

suất

Cao hơn do vận tốc lớn

hơn nhiều lần so với đầu

Năng suất thấp do cắt với vận tốc thấp

dao chưa phủ

Còn rất nhiều ưu điểm khác khi gia công bằng đầu dao được phủ PVD – TiN so với đầu dao không được phủ nhưng do giới hạn

đề tài nên tác giả chỉ nêu một số yếu tố chính

Dựa vào kết quả thí nghiệm xin đưa ra một số giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng:

- Nghiền răng:

Các bánh răng côn xoắn được nghiền để giảm độ nhám bề mặt, sửa lại sai số hình dạng của răng và điều chỉnh lại vết tiếp xúc khi ăn khớp Độ nhám mặt răng sau khi nghiền có thể đạt Ra = 1- 2µm

- Mài răng

Sau khi mài, độ chính xác của bánh răng côn cong có thể đạt cấp 5 Các bánh răng côn cong được mài trên các máy chuyên dùng của Nga và của Mỹ Sơ đồ động của các máy mài rang khác sơ đồ động của các máy cắt răng ở xích truyền động dụng cụ, bởi vì đá mài có tốc độ quay cao gấp 50 – 60 lần so với tốc độ quay của đầu dao cắt răng

- Thay đổi góc Profin α

Diện tích vết tiếp xúc tăng lên và đạt được vết tiếp xúc tốt nhất tại α

= 220

- Nếu cặp bánh răng có mms = 2,75, Z1 = 32, Z2 = 32 bằng vật liệu thép CT 45 được cắt với dao cắt profin α = 220 thì sẽ đạt được vùng tiếp xúc tốt nhất và đó là điều kiện ăn khớp chính xác nhất

- Việc nâng cao chất lượng bề mặt bánh răng côn xoắn phụ thuộc rất nhiều yếu tố như:

+ Thông số điều chỉnh máy cắt+ Điều chỉnh gá đặt dao, phôi+ Chất lượng cắt đầu dao côn xoắn+ Gia công tinh bằng phương pháp: mài, nghiền

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng

Các cặp bánh răng cong hệ Gleason có mms = 2,75; Z1 = Z2 = 32 bằngthép CT45 nếu dùng bằng dụng cụ cắt bánh răng với đầu dao đượcphủ PVD – TiN sẽ có chất lượng bề mặt tốt hơn với đầu dao khôngđược phủ

Có thể làm tăng chât lượng bề mặt khi gia công bằng nhiều phươngpháp như mài răng, nghiền răng, thay đổi góc profil α = 220

Kiến nghị:

Tiếp tục nghiên cứu sự ảnh hưởng của đầu dao được phủ PVD – TiNtới chất lượng bề mặt trên các vật liệu khác nhau, số modun và tốc độcắt khác nhau để có những kết quả tổng quát góp phần nâng cao độchính xác khi chế tạo bánh răng

TÀI LIỆU THAM KHẢO [ 1] Trần Thế Lục, Trịnh Minh Tứ, Bành Tiến Long (chủ biên):

Thiết kế Dụng cụ gia công bánh răng tập I, II,

Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội 1987

[2] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Túy

Thiết kế dụng cụ công nghiệp, Nhà xuất bản KHKT , Hà Nội 2005

[3] Bành Tiến Long, Trần Thế Lục, Trần Sĩ Túy

Nguyên lý gia công vật liệu.Nhà xuất bản KHKT, Hà Nội 2001.[4] Trần Văn Địch

Công nghệ chế tạo bánh răng, Nhà xuất bản KHKT, Hà nội 2006

[5] Lê Thanh Sơn, Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng cong và

ứng dụng công nghệ CAD/CAM

[6] V Valvada: Surface & Coating technology 80, 1996.

[7] T.L.Banh, Q.T Phan, D.B Nguyen, “Wear of PVD-TiN Coated HSS Endmills Using to Machine 1045 Stell” , Advances in