bánh răng trụ thẳng dẫn động tải trọng lớn

... tính truyền động bánh tỉ số truyền, tỉ số cho biết tương quan tốc độ góc bánh dẫn động bánh bị động: I = w1/w2 ( w1, w2 tốc độ góc bánh dẫn động bị động ) Tùy theo mục đích sử dụng mà bánh làm từ... + gồm hai phần trụ dẹt gọi bánh với nằm song song với trục bánh phía bên + bánh trụ dùng để truyền momen hai trục song song Yêu cầu tính: làm việc bề mặt bánh ăn khớp với nhau, bánh đẩy sát, điều... liệu làm bánh với khả truyền tải lớn, độ bền uốn, độ bền tiếp xúc, chống mài mòn cao Công nghệ chế tạo bánh trụ thẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có số yếu tố sau: + hình dạng bánh răng: yếu

GIỚI THIỆU

Tên chi tiết: Bánh răng trụ thẳng dẫn động tải trọng lớn

Bánh răng là chi tiết cơ khí có tác dụng phân phối, truyền và nhận dẫn động chuyển động, momen xoắn trong máy móc, thiết bị… bánh răng nói chung nhất có cấu tạo từ hai phần: một phần hình trụ tròn dẹt nên được gọi là bánh, phần còn lại gồm các múi hình răng khớp với các răng của bánh răng còn lại, hoặc một chi tiết có hình dạng khác nhưng vẫn có các răng ( có thể là nhiều hơn một bánh răng còn lại), khi một phần

chuyển động, các múi răng của phần này đẩy vào các múi răng của phần kia, khiến phần kia chuyển động theo

Có các loại bánh răng thường gặp như là:

Trong đó chi tiết nghiên cứu cụ thể: bánh răng trụ thẳng dẫn động tải

trọng lớn

Đặc điểm :

+ gồm hai phần là trụ dẹt gọi là bánh với các răng nằm song song với

trục của bánh răng phía bên ngoài

+ bánh răng trụ dùng để truyền momen giữa hai trục song song

Yêu cầu về cơ tính: khi làm việc bề mặt bánh răng luôn ăn khớp với

nhau, các bánh răng đẩy nhau rất sát, điều kiện làm việc liên tục,

va đập mạnh vậy nên yêu cầu đối với chi tiết này là phải chịu ứng suất bề mặt lớn, chân răng không bị phá hủy, bề mặt chịu được mài mòn, bên trong chịu momen xoắn nên cần tính bền bỉ, không giòn quá sẽ dẫn đến phá hủy chi tiết

Câu 1

cầu là vật liệu kim loại vì:

+ Vật liệu kim loại: là nhóm vật liệu có nhiều cơ tính tổng hợp cao như độ bền, độ dai va đập, độ cứng, chịu tải trọng lớn, bền nhiệt, chống lại được sự ma sát lớn…về tính công nghệ có thể sử dụng các phương pháp nhiệt luyện để điều chỉnh cơ tính cho phù

hợp, hơn nữa có thể dễ dàng gia công tạo hình, vẻ ngoài có độ bóng cao, đẹp mắt

+ Vật liệu polymer: là nhóm vật liệu có tính dẻo và đàn hồi cao một số có tính dai bền có thể kéo thành sợi nhưng không bền bằng vật liệu kim loại, nữa là độ bền và độ cứng thấp, chủ yếu làm việc

ở nhiệt độ thấp, dễ bắt lửa, khó sửa chữa, thường bị dão Về tính công nghệ thì dễ tạo hình, tạo màu sắc, giá thành rẻ

+ Vật liệu compozit( hay còn gọi là vật liệu kết hợp): là loại vật liệu nhiều pha khác nhau hầu như không tan vào nhau, được kết hợp lại nhờ sự can thiệp của kĩ thuật, có cơ tính tổng hợp của các pha thành phần đặc biệt là tính chịu nén kéo và tính chống ăn mòn

Về tính công nghệ thì chỉ cần trộn các nguyên liệu lại theo một tỉ lệ phù hợp và nén trong khuôn với áp suất cao, sản phẩm ra nhẹ

+ Vật liệu ceramic, gốm( vật liệu vô cơ ) tạo thành từ các hợp chất hóa học giữa kim loại và á kim, có độ bền và tuổi thọ cao, chịu được nhiệt độ lớn tuy nhiên khó gia công ghép các chi tiết lại với nhau, giòn, dễ bị phá hủy dưới tác dụng của tải trọng lớn

Điều kiện làm việc của chi tiết:

• Chi tiết làm việc trong điều kiện chịu mài mòn cao, tải trọng lớn, lõi chịu momen xoắn lớn, ứng suất bề mặt lớn

Yêu cầu cơ tính đối với chi tiết:

Nhận xét: yếu cầu về cơ tính cho thấy chi tiết cần có cơ tính tổng hợp cao nên chọn vật liệu kim loại

Để gia công chi tiết bánh răng, có các mác thép sau:

20CrNi3,12CrNi3A,12Cr2Ni4,18Cr2Ni4…Theo điều kiện bài ra chi tiết chịu ứng suất bề mặt răng lớn, lõi chịu ứng suất uốn, dễ bị phá huỷ chân răng, bề mặt răng chịu mài mòn, xe tải trọng lớn nên chi tiết cần có độ cứng ở bề mặt, độ bền, lõi có độ dẻo dai tương đối lớn để không chống

bị phá hủy, do đó chọn mác thép 20CrNi3

Thành phần hóa học của mác thép đã chọn:

+ %C = ( 0,17 - 0,24 ) %

+ %Si = ( 0,17 – 0,37 ) %

+ %Mn = ( 0,3 – 0,6 ) %

+ %P < 0,035 %

+ %S < 0,035 %

+ %Cr = ( 0,6 – 0,9 ) %

+ %Ni = ( 2,75 – 3,15 ) %

+ %Cu < 0,3 %

Câu 2

2.1.Cách tạo mẫu, mài mẫu và tẩm thực

a, chọn mẫu và cắt mẫu, gá mẫu và đúc mẫu

* chọn mẫu

- Mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi phải mang đặc trưng của chi tiết

10 – 15 mm, hoặc hình hộp có kích thước 12 - 12 – 10

- Người ta còn có thể lấy mẫu với hình dạng đặc biệt để ít làm hư hại đến chi tiết( nếu mẫu nhỏ quá có thể dùng phương pháp gá mẫu hoặc đúc mẫu)

cacbon và tổ chức của thép

*cắt mẫu

- Cần quan tâm đến tốc độ cắt, lực cắt, môi trường làm nguội, bản chất của mẫu và vật liệu cắt

- Mặt cắt có thể là vuông góc áp dụng cho tổ chức đẳng hướng, hoặc cắt chéo góc với các mẫu có bề mặt mỏng

- Vị trí lấy mẫu tùy thuộc vào mục đích kiểm tra Để quan sát thay đổi tổ chức vật liệu từ ngoài vào trong thì cắt mẫu theo tiết diện ngang, nếu quan sát tổ chức các lớp thì cắt dọc trục.Có thể dùng các lưỡi cắt bằng đá mài, lưỡi cắt kim cương tùy theo độ cứng của mẫu mà lựa

chọn loại đĩa cắt phù hợp, ví dụ với bánh răng có độ cứng bề mặt cao nên cần đến lưỡi cắt kim cương Trong quá trình cắt dung dịch làm mát luôn được rót vào vùng cắt để làm mát tránh ở nhiệt độ cao gây biến đổi

tổ chức trong mẫu( yêu cầu nhiệt độ không quá 100 độ, dung dịch làm mát có thể là nước hoặc dầu…

* gá mẫu và đúc mẫu

- khi mà mẫu có kích thước nhỏ, sắc cạnh, dễ đứt gãy, nhiều chỗ

trống…hoặc quy chuẩn mẫu kiểm tra cần đúc mẫu để dễ dàng thao tác,

có biện pháp gá mẫu cơ học hoặc đúc mẫu để thuận tiện hơn cho các bước tiếp theo cũng như đảm bảo an toàn cho người thực hiện và mẫu không bị gãy hỏng Đúc mẫu gồm có đúc nóng và đúc nguội(đúc chân không).Tùy thuộc vào khả năng chịu nhiệt, áp suất, thời gian đúc mẫu

và một số đặc điểm khác để xác định loại nhựa cho phù hợp

b, mài và đánh bóng mẫu

ta đem đi mài với máy mài thô, sau khi có được bề mặt mẫu bẳng phẳng rồi chuyển sang mài bằng các loại giấy mài với độ mịn khác nhau( từ thô đến mịn )

bé tới lớn, số càng lớn độ mịn càng lớn.Ta sử dụng các loại giấy mài: 120 – 240 – 400 – 600 – 800 – 1000 – 1200 – 1500 – 2000 Đối với gang, thép thông thường cần mài tới giấy 1200, còn với hợp kim màu có mẫu cần tới giấy 2000

- Yêu cầu về thao tác: giấy mài cố định trên mặt phẳng nhẵn, áp bề mặt mẫu vào bề mặt mẫu giấy và bắt đầu mài, khi bề mặt mẫu tương đối phẳng có các vết xước song song và đều nhau ta quay mẫu đi một góc 90 độ và mài tiếp cho đến khi tao nên các vết xước mới xóa đi các vết xước cũ, làm như thế với mỗi loại giấy từ 3 – 5 lần sau đó thì đổi giấy mới, lưu ý khi đổi giấy cần rửa hoặc lau sạch bề mặt mẫu, làm như thế đến tờ giấy mịn nhất rồi chuyển sang bước đánh bóng

máy đánh bóng được bọc một lớp nỉ hoặc vải dày nếu là bề mặt

cứng Đĩa quay với tốc độ lớn, dung dịch đánh bóng là Al2O3 hoặc Cr2O3 ( kích thước hạt từ 1 đến 0,03 micrometer) hoặc bột kim cương ( kích thước hạt 1 micrometer) Khi đánh bóng cũng tiến hành nhiều hướng khác nhau để loại bỏ toàn bộ các vết xước, bề mặt mẫu sau đánh bóng phải sang, có độ bóng cao và không bị oxy hóa Không đánh bóng quá lâu sẽ gây bong các tổ chức mềm, nổi lên các tổ chức cứng gây khó khan khi quan sát và chụp ảnh, với những mẫu mềm thường chỉ đánh bóng bằng tay trên vải nhung với tốc độ chậm Sauk hi đánh bóng xong mang đi lau sạch nước

và bột mài rồi sấy khô để mang đi tẩm thực

bóng điện phân đạt chất lương cao hơn…

c, tẩm thực

hay không, nếu tổ chức rõ nét pha cần quan sát thì không cần tẩm thực ( ví dụ: khi quan sat gang cầu mà mục đích là quan sát và xác định kích thước của graphit thì không cần tẩm thực vì graphit có màu tối rõ rệt khác với các pha còn lại )

chất bôi lên mặt mẫu làm cho bề mặt mẫu bị ăn mòn, tùy theo vật liệu quan sát sử dụng hóa chất tẩm thực thích hợp khi tẩm thực biên giới các pha, các thành phần tổ chức khác nhau thậm chí cùng thành phần tổ chức pha nhưng định hướng tinh thể khác nhau cũng

sẽ bị ăn mòn khác nhau

Vật liệu Chất tẩm thực Thời gian tẩm

Thép thông

Nhôm và hợp

3 HF 40%

+ 100cm3 nước cất

khi tẩm thực

Đồng và hợp

kim đồng

10g (NH4)2S2O8 + 90cm3 nước cất

trước khi tẩm thực

Ví dụ: muốn quan sát các đường biên hạt thì dùng hóa chất thích hợp chủ yếu chỉ ăn mòn biên giới hạt, trong khi bản thân hạt bị ăn mòn không đáng kể Các đường biên hạt sẽ bi lõm sâu hơn bản thân hạt

Tẩm thực bề mặt hạt là lọai tẩm thực mà bản thân từng hạt ăn mòn khác nhau Bề mặt mẫu sau khi tẩm thực sẽ lồi lõm và màu sáng tối , đậm nhạt khác nhau tương ứng với các pha và tổ chức nên có thể dễ dàng nhận biết hình dáng, kích thước và sự phân bố các pha

Khi tẩm thực có thể nhúng bề mặt mẫu vào dunh dịch tẩm thực, hoặc dùng đũa thủy tinh có quấn bông tẩm dung dịch rồi thoa đều lên mặt mẫu Thời gian tẩm thực tùy theo tính chất của từng vật liệu, có thể vài giây, vài phút thậm chí vài giờ, nếu để lâu quá mẫu

sẽ có màu tối đen không quan sát được (để có kết quả tốt nhất thì nên theo tiêu chuẩn ASTM về hóa chất và thời gian tẩm thực) Tẩm thực xong ta phải dùng bông rửa thật sạch bề mặt mẫu dưới vòi nước chảy, sau đó có thể rửa lại bằng cồn và thấm khô trên giấy lọc hoặc sấy khô bằng máy sấy Nếu sau khi tẩm thực, quan sát thấy các đường biên giới hạt đứt đọan là thời gian tẩm tẩm thực chưa đủ phải tẩm thực lại, nếu đường biên giới quá to đậm, đường tương

phản sáng tối không rõ nét là do thời gian tẩm thực quá lâu hoặc nồng độ dung dịch tẩm thực cao, ta phải đánh bóng mẫu và tẩm thực lại

trong cồn

2.2 tổ chức tế vi và các pha thành phần

- thép 20CrNi3A có hàm lượng cacbon ( 0,17 - 0,24 ) % nên nó là thép trước cùng tích do đó tổ chức tế vi của nó gồm có ferit và peclit ở nhiệt

độ thường( <727 độ )

+ ferit( α hay F hay Feα ) là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feα với mạng lập phương tâm khối ( a = 0,286 – 0,291 nm ) song do lượng hòa tan quá nhỏ ( ở 727 độ là 0,02%C , ở nhiệt độ thường thấp nhất là 0,006%C ) nên có thể coi nó là Feα ( theo tính toán thì C không thể chui vào các lỗ hổng của Feα , lượng C hòa tan không đáng kể này là do C đã chui vào các khuyết tật mạng, chủ yếu là ở biên giới hạt ) Trên giản đồ

nó tồn tại trong vùng GPQ ( tiếp giáp với Feα trên trục sắt) Do không chứa cacbon nên cơ tính của ferit chính là của sắt nguyên chất: dẻo, dai, mềm và kém bền Trong thực tế ferit có thể hòa tan Si, Mn, P, Cr…nên

sẽ cứng và bền hơn nhưng cũng kém dẻo dai đi Ferit là một trong hai pha tồn tại ở nhiệt độ thường và khi sử dụng ( < 727 độ ), song với tỉ lệ lớn dao động trong khoảng 90% nên nó đóng góp một phần lớn vào cơ tính của hợp kim Fe-C, tổ chức tế vi có các dạng hat sang, đa cạnh

+ peclit ( P hoặc Feα + Fe3C ) là hỗn hợp cùng tích của ferit và xementit được tạo thành từ austenite với 0,8%C ở 727 độ Trong peclit có 88% ferit và 12% xementit phân bố đều nhau, nhờ kết hợp giữa một lượng lớn pha dẻo với một lượng nhất định pha cứng, peclit là tổ chức khá bền, cứng nhưng cũng đủ dẻo, dai đáp ứng nhu cầu rất tốt các yêu cầu của vật liệu kết cấu và công cụ peclit và các biến thể của nó (xoocbit, trooxtit, bainit ) có mặt trong hầu hết các hượp kim Fe-C Còn xementit ( Xe,

Fe3C ) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức Fe3C và

thành phần 6,67%C, ứng với đường DFKL trên giản đồ, có đặc tính là ứng và giòn, bao gồm Xe1, Xe2, Xe3 và xementit cùng tích

Khi quan sát dưới kính hiển vi sẽ nhận thấy tổ chức trước cùng tích này

có những phần tối màu trong đó có các vạch chạy song song tối màu đó

là peclit còn lại phần nền sáng màu là ferit với hình dáng đa cạnh, phần nền này mềm còn phần tối màu thì cứng hơn Khi sử dụng phương pháp

đo độ cứng thì phần P cứng hơn nền Ferit

*, Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến tổ chức pha và cơ tính:

- Bánh răng là thép trước cùng tích gồm có hai pha cơ bản là ferit và

Xe, các nguyên tố hợp kim chủ yếu hòa tan vào pha Ferit dưới dạng dung dịch rắn thay thế, nâng cao cơ tính cho pha nền này đồng thời là cả chi tiết

- %C có trong chi tiết bánh răng là từ ( 0,17- 0,24 )% nên thép có tính dẻo, dai và bền, để chi tiết có bề mặt làm việc cứng chống lại mài mòn thì cần tăng hàm lượng C ở vùng này ( bằng cách thấm C, C-Ni )

- %Mn và %Si của chi tiết bánh răng là từ (0,3- 0,6)% v (0,17 -0,37) % Mn có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào ferit nó làm cho tăng

độ bền, độ cứng và độ thấm tôi tuy nhiên nó lại làm giảm độ dai va đập,

nó còn làm giảm tác hại của S, Si cũng có ảnh hưởng tương tự như Mn Với hàm lượng nhỏ cao nhất là từ %Mn: ( 0,5 – 0,8 )%, và %Si: ( 0,2 – 0,4 )% nên ảnh hưởng của nó là không lớn

- %P và %S của chi tiết là ( < 0,035 )% P khi hòa tan vào ferit làm

xô lệch mạng rất mạnh tang tính giòn, khi lượng P vượt quá giới hạn hòa tan thi nó sẽ tao ra Fe3P cứng và giòn, hay còn gọi là bở nguội( ở nhiệt độ thường ) S không hòa tan trong Ferit mà tạo hợp chất FeS, cùng tinh (Fe + FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp(988 độ),

do đó nằm ở biên giới hạt, khi nung để gia công thì biên giới này chảy ra làm thép bị nứt gãy, gọi là bở nóng Tuy nhiên với hàm lượng nhỏ thì ảnh hưởng không đáng kể

- %Cr và %Ni của chi tiết từ: ( 0,6 – 0,9 )% và ( 2,75 – 3,15 )% Cr

và Ni làm tăng độ cứng và độ bền đồng thời cũng tăng độ dai va đập, tăng độ thấm tôi

- %Cu < 0,3% Cu có tác dụng tăng độ bền, độ dẻo, độ dai va đập và tính chống ăn mòn của thép

Câu 3

3.1 Công nghệ chế tạo điển hình của vật liệu

3.1.1, Gia công cơ khí

- Đặc tính cơ bản của truyền động bánh răng là tỉ số truyền, tỉ số này cho biết tương quan tốc độ góc của bánh răng dẫn động và bánh răng bị động: I = w1/w2 ( w1, w2 là tốc độ góc của bánh răng dẫn động và bị động )

vật liệu khác nhau như gang, thép, kim loại màu, chất dẻo…mỗi loại đều thỏa mãn những yếu cầu riêng, đặc biệt là dùng cho chế tạo oto, máy kéo, máy bay, các máy công cụ…

- Thép là vật liệu có thể làm bánh răng với khả năng truyền tải lớn,

độ bền uốn, độ bền tiếp xúc, chống mài mòn cao

- Công nghệ chế tạo bánh răng trụ thẳng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có một số yếu tố chính sau:

+ hình dạng của bánh răng: yếu tố này ảnh hưởng đến việc chọn máy gia công, đến phương pháp gia công phôi và phương pháp chọn chuẩn công nghệ

+ hình dáng và vị trí của vành răng: ảnh hưởng đến chuẩn công nghệ và phương pháp cắt răng

+ hình dạng của răng( thẳng, nghiêng, chữ V )

+ tính chất cơ lý của vật liệu phôi

+ biến dạng của bánh răng trong quá trình nhiệt luyện( sự thay đổi đường kính, khoảng cách răng, hoặc hình dáng bị biến đổi từ hình tròn sang hình ovan, trụ trở thành côn ) Để giảm biến dạng cần có chế độ nhiệt luyện tối ưu, cần có nguyên công ram trước khi thấm than, chạy rà răng, nhiệt luyện trong khuôn, sử dụng kết cấu hợp lý, sử dụng đồ gá để sửa tinh mặt chuẩn và hiệu chỉnh các thông số cắt răng

+ Dạng sản xuất

+ kích thước khuôn khổ của bánh răng : ảnh hưởng việc chọn thiết bị và dụng cụ cắt, ảnh hưởng đến độ chính xác gia công,

phương pháp gá đặt bánh răng trên máy

- Tiến trình công nghệ:

+ chế tạo phôi

+ gia công sơ bộ trên máy tiện rovonve

+ nhiệt luyện

+ tiện trước khi chuốt lỗ

+ chuốt lỗ có rãnh then hoặc then hoa

+ tiện bánh tinh

+ gia công các mặt chuẩn

+ kiểm tra trước khi cắt răng

+ cắt răng

+ vát mép mặt vành răng hoặc vê tròn đầu răng

+ sửa nguội bánh răng

+ rửa sạch, kiểm tra trước khi nhiệt luyện

+ nhiệt luyện

+ mài lần cuối lỗ và mặt đầu, mặt đầu thứ hai, đường kính ngoài, rửa sạch, kiểm tra trước khi mài răng, mài răng lần cuối, rửa sạch, kiểm tra và đóng gói sản phẩm

- Để gia công phôi trục răng có thể sử dụng các loại máy sau đây: máy tiện, máy rovonve, máy phay- khoan tâm chuyên dụng,

máy tiện chép hình thủy lực, máy phay then hoa máy phay rãnh chuyên dụng, máy mài tròn ngoài, máy chuốt, máy tiện nhiều dao

- Phương pháp tăng độ bền của bánh răng: mài khôn răng hoặc

đánh bóng điện các bề mặt chuyển tiếp của các răng, với các

phương pháp này có thể làm độ bền uốn tăng từ (40 – 60 )% và độ bền tiếp xúc tăng lên từ 4 – 8 lần

- Cắt răng:

a, phay lăn răng bằng dao phay trục vít: được sử dụng rộng rãi

để cắt răng có modun < 16mm( HB <200), 10mm( HB > 350) Ưu điểm của dao phay trục vít là tính vạn năng độ chính xác và năng suất cao, giá thành chế tao thấp