Thiết kế chế tạo dao phay lăn trục vít

Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng, đòi hỏi các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật có kiến thức tương đối rộng và biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học để giải quyết những vấn đề thường gặp trong thực tế.

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, các ngành kinh tế nói chung và ngành cơ khí nói riêng, đòi hỏi các kỹ sư và các cán bộ kỹ thuật có kiến thức tương đối rộng và biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học để giải quyết những vấn đề thường gặp trong thực tế. Trong ngành chế tạo máy, bánh răng là một chi tiết máy phức tạp vì yêu cầu thiết kế và chế tạo các loại bánh răng trụ, côn thẳng côn xoắn được dùng nhiều trong truyền động ôtô, máy kéo, máy bay, máy công cụ trong ngành đo kỹ thuật và nhiều ngành khác. Dụng cụ cắt răng là một yếu tố quan trọng để gia công bánh răng và là nhân tố quan trọng có ảnh hưởng đến sự chính xác của chi tiết. Thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt răng có chất lượng tốt và giá thành hạ là yêu cầu cần thiết của ngành chế tạo máy. Thiết kế dụng cụ cắt răng là khâu quan trọng và đầu tiên cung cấp cho công nghệ chế tạo những dụng cụ cắt răng cho chất lượng tốt. Môn học dụng cụ cắt vật liệu kỹ thuật là những môn chính của sinh viên chuyên ngành chế tạo máy. Trong quá trình 5 năm học và rèn luyện tại trường, thời gian làm đồ án tốt nghiệp giúp sinh viên hiểu rõ hơn về môn học, trang bị cho sinh viên những kiến thức cơ bản và khả năng vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học để làm đồ án cũng như trong công tác sau này. Là một sinh viên chuyên ngành cơ khí, trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em được giao làm đồ án "Thiết kế chế tạo dao phay lăn trục vít'' do thầy giáo Cao Thanh Long hướng dẫn. Đây là một đề tài khá phức tạp nhưng được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn, cùng với sự nỗ lực của bản thân đến nay em đã hoàn thành đồ án của mình. Mặc dù vậy đồ án tốt nghiệp của em vẫn không tránh khỏi những vấp váp và thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo thêm của các thầy cô giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo trong bộ môn giúp em hiểu sâu hơn về môn học cũng như phương pháp để thiết kế và chế tạo dụng cụ cắt một cách hợp lý hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy Cao Thanh Long và các thầy cô trong tổ bộ môn. Thái Nguyên, ngày 20 - 5 - 2010 Sinh viên - 1 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Nguyễn Phạm Thạch PHẦN I TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG RĂNG I. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG Cơ cấu bánh răng là cơ cấu có khớp cao dùng để truyền chuyển động giữa hai trục với tỷ số truyền với tỷ số truyền xác định nhờ sự ăn khớp giữa hai khâu có răng gọi là bánh răng. Nếu 2 trục song song với nhau ta có cơ cấu bánh răng phẳng. Truyền động bánh răng được rất dùng nhiều trong các ngành chế tạo máy vì có các ưu điểm nổi bật như: Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn, hiệu suất cao, tỷ số truyền không thay đổi, làm việc chắc chắn và bền lâu. - 2 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Hình 1 *Tuỳ theo vị trí tương đối giữa các trục có thể chia thành truyền động bánh răng ra các loại: - Truyền động bánh răng trụ bánh răng thẳng (hình 1a), răng nghiêng (hình 1b) hoặc răng chữ V (hình 1c), ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong dùng để truỳên động giữa các trục song song. - Truyền động bánh răng nón ( hình 1d), răng thẳng răng cong hoặc răng nghiêng (hình 1e) dùng để truyền động giữa các trục cắt nhau. - Truyền động bánh răng - thanh răng dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển Hình2 động tịnh tiến hoặc ngược lại (hình 2 ). * Theo đặc trưng của chuyển động của trục mang bánh răng có: - Truyền động thường: Trong loại này đường tâm hình học của các trục bánh răng là cố định. - Truyền động hành tinh: Đường tâm của trục một vài bánh răng là di động. ( Hình 3) - 3 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Hình 3 * Theo vị trí tương đối của hai tâm quay đối với tiếp tuyến với hai đường tròn lăn tại điểm tiếp xúc giữa hai vòng này: - Bánh răng ngoại tiếp: tâm quay của hai bánh răng nằm ở hai phía của đường tiếp tuyến. ( Hình 4a) - 4 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp a b Hình 4 - Bánh răng nội tiếp: tâm quay của hai bánh răng ở về một phía của đường tiếp tuyến ( hình 4b) * Theo vết của đường răng trên bánh răng: - Bánh răng thẳng - Bánh răng nghiêng - Bánh răng xoắn - Bánh răng cong * Theo biên dạng của răng - Bánh răng thân khai Biên dạng của răng là đường thân khai của đường tròn ( hình 1a, 1b, 1c, 1d ) Các cặp răng có biên dạng là đường thân khai vòng tròn có nhiều ưu điểm vì thế hiện nay được sử dụng rộng rãi. - Bánh răng xyclôit Biên dạng răng là đường xyclôit - Bánh răng Nôvikôv Biên dạng của một bánh răng lồi, của bánh răng kia là lõm. Các biên dạng này là các những vòng tròn. Ngoài ra, bánh răng còn có thể chia thành bánh răng có tỷ số truỳên không đổi và thay đổi (bánh răng không tròn) theo quy luật nhất định; truyền động bánh răng 1 cấp (1 cặp bánh răng) và truyền động bánh răng nhiều cấp (gồm nhiều cặp bánh răng có tỉ số truyền khác nhau ghép nối thành hộp giảm tốc; hộp tốc độ; hộp chạy dao); bánh răng trong bộ truyền lực (dùng để truyền - 5 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp công suất là nhiệm vụ chủ yếu) và trong bộ truyền động học (truyền chuyển động đảm bảo tỷ số truyền chính xác là nhiệm vụ chủ yếu). Theo quan hệ truyền phức tạp có truyền động bánh răng hành tinh ( cơ cấu truyền động bánh răng – cần, trong đó một số bánh răng cùng với cần di động hành tinh đối với bánh răng trung tâm có tỷ số truyền lớn, kích thước nhỏ, hiệu suất cao); truyền động bánh răng sóng… 1. Bánh răng thân khai Bánh răng thân khai với biên dạng của răng là đường thân khai vòng tròn, ưu điểm của bánh răng thân khai so với các loại răng khác (bánh răng xycloit) là tính công nghệ cao, dễ chế tạo với độ chính xác cao. Vì răng được chế tạo bằng dụng cụ cắt có lưỡi thẳng, biên dạng thân khai không nhạy đối với sai số khoảng cách tâm không làm thay đổi quy luật chuyển động và tỷ số truyền. 2. Bánh răng xyclôit Trong bánh răng xyclôit, biên dạng răng của bánh răng là những đường cong thuộc họ xyclôit. Sự phát triển của bánh răng xyclôit gắn liền với công nghiệp chế tạo đồng hồ. * Đặc điểm của bánh răng xyclôit, phạm vi sử dụng So với bánh răng thân khai, bánh răng xyclôit có những đặc điểm sau: - Độ mòn nhỏ hơn trong điều kiện bôi trơn không tốt. - Hệ số trùng khớp của cặp bánh răng xycloit phụ thuộc vào các bán kính của vòng đỉnh răng và vòng sinh, ở bánh răng xycloit vòng đỉnh không bị hạn chế bởi hiện tượng cắt chân răng còn vòng sinh cũng có thể trọn trong một phạm vi rộng rãi. Do đó trong những điều kiện giống nhau, hệ số trùng khớp của cặp bánh răng xycloit có thể lớn hơn của cặp bánh răng thân khai - Trong cặp bánh răng xycloit hệ số trượt biên dạng ở đầu răng và chân răng là hằng số. - Trong những bộ truyền bánh tăng tốc, đặc biệt đồng hồ bánh răng xyclôit truyền lực rất tốt. - 6 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Khi xuất hiện việc chế tạo bánh răng xyclôit bằng phương pháp lăn. Nhưng bánh răng có mô đun nhỏ, năng xuất chế tạo tăng lên rất nhiều. Nhưng những ưu điểm căn bản các bánh răng thân khai đã làm hạn chế việc sử dụng bánh răng xyclôit trong ngành chế tạo máy, ngoại trừ ngành chế tạo đồng hồ. Trong chế tạo máy, bánh răng xyclôit được dùng dưới dạng bánh răng chốt, máy ép, bơm Root . * Ưu nhược điểm của cặp bánh răng xycloit. a) Ưu điểm - Hệ số trượt là hằng số và nhỏ hơn trị số lớn nhất ở cặp bánh răng thân khai tương ứng. - Áp suất tiếp xúc cực đại nhỏ vì biên dạng lồi tiếp xúc với biên dạng lõm. - Số răng có thể ít không có hiện tượng cắt chân răng. - Hệ số trùng khớp lớn. b) Nhược điểm: - Không có khả năng dịch tâm vì khi hai vòng sinh xa nhau thì cặp biên dạng răng không thoả mãn định lý ăn khớp nữa. Do đó khi lắp ráp phải đảm bảo khoảng cách trục thật chính xác. - Không có khả năng lắp lẫn vì biên dạng răng của mỗi bánh răng phụ thuộc vào vòng sinh của bánh răng đối tiếp với nó. - Biên dạng sinh của thanh răng sinh là đường xycloit vì thế việc chế tạo dao khó khăn. - Góc ăn khớp biến đổi trong quá trình chuyển động nên tải trọng ở ổ trục là tải trọng biến thiên. Vì lý do trên, bánh răng xycloit tuy vẫn được dùng nhiều trong kỹ thuật nhưng phạm vi sử dụng còn bị hạn chế, không rộng rãi như bánh răng thân khai. 3. Bánh răng trụ tròn. - 7 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Khi xét sự ăn khớp của các bánh răng trên một tiết diện thẳng góc với trục của chúng, chú ý đến chiều dày của bánh răng ta sẽ thấy tuỳ theo hình dạng của giao tuyến giữa mặt răng và các mặt trụ đồng trục với trục quay của bánh răng (mỗi giao tuyến này được gọi là một đường răng trên mặt trụ tương ứng) sẽ có nhiều kiểu bánh răng trụ tròn khác nhau: - Bánh răng trụ tròn răng thẳng: Đường răng là đường thẳng (song song với trục quay của bánh răng) - Bánh răng trụ tròn răng nghiêng: Đường răng là đường xoắn ốc trụ tròn. - Bánh răng trụ tròn răng chữ V: Đường răng là hai đường xoắn ốc trụ tròn nối tiếp và đối chiều nhau. 3.1 Bánh răng trụ tròn răng thẳng. Bánh răng trụ tròn răng thẳng có thể coi là một hình trụ do một tiết diện vuông góc với trục của nó vạch ra, khi tịnh tiến dọc theo trục ấy. Bề dày của bánh răng trụ tròn giới hạn bởi hai mặt phẳng vuông góc với trục quay của bánh răng. Về đặc tính ăn khớp của bánh răng trụ tròn răng thẳng: Do chế tạo và lắp ráp không thể chính xác tuyệt đối đồng thời do biến dạng của trục bánh răng trong quá trình truyền lực các răng không thể tiếp xúc nhau dọc suốt đường tiếp xúc lú thuyết. Chiều dày của bánh răng cành lớn sự tiếp xúc càng khó hoàn toàn. Đây cũng là một nhược điểm của bánh răng trụ tròn răng thẳng. 3.2 Bánh răng trụ tròn răng nghiêng Bánh răng trụ tròn răng nghiêng dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục song song và chéo nhau trong không gian. Trong truyền động trục song song góc nghiêng của các đường răng trên hình trụ lăn của cả hai bánh răng ăn khớp ngoài là bằng nhau về giá trị và ngược hướng xoắn. Còn đối với truyền động trục chéo nhau, góc nghiêng của đường răng trên hai bánh răng là khác nhau. - 8 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Trong các hộp giảm tốc bánh răng nghiêng được sử dụng rất rộng rãi. Thường gặp nhất là bánh răng trụ tròn răng thân khai nghiêng là cặp bánh răng có mặt răng đối tiếp là mặt xoắn ốc thân khai. Đặc điểm ăn khớp của bánh răng trụ tròn răng nghiêng Bánh răng nghiêng biên dạng thân khai có hệ số trùng khớp lớn. Trong thực tế, có khi gặp những cặp bánh răng nghiêng có hệ số trùng khớp đến 20. Cùng với hệ số trung khớp lớn, quá trình ăn khớp thực hiện theo từng tiết diện đường tiếp xúc nằm chéo trên mặt răng và chiêu dài đường tiếp xúc thay đổi từ một điểm thành đường ngắn rồi tăng dần chiều dài sau đó lại giảm dần đến khi thành một điểm. Nên bánh răng nghiêng làm việc êm. Thường dùng bánh răng nghiêng ở những bộ truyền cao tốc. Trên các mặt trụ lăn, góc nghiêng của răng đối ứng nhau. Số răng tối thiểu ít hơn 17 nên kích thước gọn hơn. Nhược điểm của bánh răng nghiêng khi ăn khớp có phản lực chiều trục. Lực này có khuynh hướng đẩy bánh răng theo chiều trục do đó phải có biện pháp cố định bánh răng trên trục, phải dùng ổ chặn . Để khắc phục nhược điểm của bánh răng nghiêng đồng thời vẫn giữ được những ưu điểm của chúng người ta dùng những bánh răng chữ V hoặc bánh răng nghiêng đối xứng. Hai bánh răng nghiêng có chiều nghiêng ngược nhau, được ghép lại với nhau ta được bánh răng chữ V. Trong bánh răng chữ V các lực tác động theo chiều trục của từng cặp bánh răng nghiêng sẽ tự triệt tiêu. Bánh răng chữ V khắc phục được nhược điểm của bánh răng nghiêng là khi ăn khớp có phát sinh lực theo chiều dọc trục. Hình 4 3.2. Bánh răng nghiêng biên dạng cung tròn (bánh răng Nôvicốp) - 9 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp M.N Nôvicốp đã đề xuất một kiểu ăn khớp với biên dạng răng là cung tròn. Loại bánh răng này ngày càng được áp dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy, nhờ khả năng truyền tải lớn. - Cấu tạo mặt răng: Biên dạng răng (biến dạng lõm và lồi là những cung trong bán kính R 1 và R 2 xấp xỉ bằng nhau cho nên biên dạng răng tiếp xúc theo điểm: điểm M. Các cung tròn này thực hiện chuyển động xoắn vít dọc theo bánh răng sẽ tạo nên mặt răng. - Sự khác nhau giữa ăn khớp Novikov với ăn khớp thân khai là đường ăn khớp không nằm theo chiều ngang mà nằm theo chiều cao tạo thành góc 90º với phương của răng. - Đặc điểm ăn khớp: ở mỗi tiết diện, hai răng chỉ tiếp xúc tại một điểm M, nên ε s = 0. Để đảm bảo ăn khớp liên tục, trong kiểu ăn khớp Nô vi kốp, phải sử dụng bánh răng nghiêng với hệ số trùng khớp chiếu trục ε β >1. Trong quá trình ăn khớp điểm tiếp xúc của răng sẽ di chuyển dọc theo đường tiếp xúc giữa hai hình trụ lăn. Đường này chính là đường ăn khớp. Khoảng cách từ gốc ăn khớp đến đường ăn khớp gọi là hệ số dịch chỉnh e. Hệ số dịch chỉnh e có quan hệ với tốc độ trượt của các bề mặt răng. Khi chạy nhanh các răng ăn khớp với nhau trên toàn bộ chiều cao nên ăn khớp điểm trở thành ăn khớp đường. Trong thực tế do biến dạng đàn hồi, hai mặt răng sẽ tiếp xúc theo một tiết diện nhỏ. Diện tích này sẽ phát triển rất nhanh trong thời gian chạy mài nhờ quanh điểm tiếp xúc. Khe hở rất nhỏ. - Bánh răng nghiêng biên dạng cung tròn. Khả năng truyền tài lớn: vì hai biên dạng lồi, lõm tiếp xúc với nhau nên bán kính cong tương đương lớn ứng suất tiếp xúc phát sinh sẽ nhỏ, khả năng truyền tải có thể lớn hơn 1,5 lần so với bánh răng thân khai có cùng kích thước (độ cứng HB < 320 và vận tốc vòng v ≤ 12m/s). Hình 5 - 10 - [...]... prôfin của răng dao phay có thể là thân khai xyclôit, Nôvicốp vv 2 Phân loại - Dựa vào số đầu mối dao phay lăn răng phân thành : * Dao phay lăn răng một đầu mối * Dao phay lăn răng nhiều đầu mối - Dựa vào dạng prôfin của trục vít người ta phân biệt: + Dao phay lăn Acsimet + Dao phay lăn răng Côvôliut + Dao phay lăn thân khai - Dựa vào kết cấu của dao phay lăn được phân thành dao phay lăn nguyên khối... liền, ở loại này dao phay được chế tạo từ một phôi hoàn chỉnh Dao phay ghép được chế tạo để cắt các loại bánh răng có mô đun lớn (m>10mm) 3 Nguyên lý làm việc của dao phay lăn răng Quá trình hình thành profin của răng bánh răng bằng dao phay lăn tương tự như quá trình ăn khớp của bánh răng gia công với trục vít (trục vít có thể như bánh răng nghiêng với số răng bằng số đầu mối của trục vít) - 26 - Thuyết... suất của cơ cấu trục vít thấp nhiệt độ ở vùng tiếp xúc sẽ rất cao Hình 6 Nếu cắt trục vít – bánh vít bằng một mặt phẳng chứa đường tâm của trục vít và thẳng góc với trục chính của bánh vít sẽ thấy tiết diện của trục vít là một thanh răng ( hình 6) và ở mặt cắt này – thường gọi là mặt cắt chính – sự ăn khớp của trục vít- bánh vít là quá trình ăn khớp của một thanh răng và một bánh răng Trục vít hình trụ... 4.2 Cơ cấu trục vít Cặp Trục vít – Bánh vít dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau ( thông thường là trực giao) - 11 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Bánh vít là một bánh răng thân khai, trục vít- bánh vít cững ăn khớp điểm như cặp bánh răng trụ chéo Vì vậy việc tính toán tỷ số truyền của trục vít – bánh vít tương tự như với cặp bánh răng trụ chéo Tuy nhiên vì ren của trục vít quấn nhiều... theo phương pháp bao hình dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng với trục vít Thực chất dao là một trục vít trên đó chế tạo rãnh để tạo ra mặt trước của răng và các lưỡi cắt Hình Để tạo ra góc sau, mặt sau của răng dao được hớt cũng theo đường xoắn acsimet Dao phay lăn răng dùng để gia công bánh răng hình trụ ăn khớp ngoài, bánh vít, bánh răng chữ V đôi khi dùng để gia công một phần bánh răng ăn khớp... răng chữ V không có rãnh thoát dao (dao phay vấu môđun) 2 Cắt răng theo phương pháp bao hình Là phương pháp cắt răng mà biên dạng răng của bánh răng gia công được hình thành nhờ đường bao của vị trí liên tiếp các lưỡi cắt của dao Như vậy lưỡi cắt chính của dao có thể giống hoặc không giống biên dạng của bánh răng gia công 2.1 Dao phay lăn răng Dao phay lăn răng trục vít dùng để cắt răng theo phương... khuyết điểm của cặp bánh răng trụ chéo Để khắc phục khuyết điểm đó người ta thay đổi cấu tạo mặt răng bánh vít: răng bánh vít được cắt bằng dao phay lăn có hình dạng hoàn toàn giống như trục vít và quá trình chuyển động khi cắt giống y như quá trình ăn khớp giữa trục vít bánh vít, do đó mặt chân răng của bánh vít không phải là mặt trụ tròn như mặt trụ chân răng của bánh răng thân khai nữa mà là một... tiết diện mặt đầu và trục của dao phay để dùng gia công bánh răng đó nghiêng 1 góc τ với mặt đầu của bánh răng - 28 - Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Theo điều kiện ăn khớp, dao phay và bánh răng gia công quay liên tục quanh trục của chúng Khi dao phay quay một vòng thì bánh răng quay một bước (dao phay một đầu mối) hoặc quay 1/z vòng - ở đây z là số răng của bánh răng Khi quay, trục vít một đầu mối sẽ... án tốt nghiệp PHẦN II THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN RĂNG I CÔNG DỤNG PHẠM VI SỬ DỤNG, PHÂN LOẠI 1 Công dụng phạm vi sử dụng Dao phay lăn răng là dụng cụ gia công răng được dùng nhiều phổ biến, nó dùng để gia công bánh răng ăn khớp ngoài (và một phần cho bánh răng ăn khớp trong) răng thẳng, răng nghiêng (răng xoắn), bánh răng chữ V và còn để gia công bánh vít nữa Dạng profin răng dao phay phụ thuộc vào dạng... Nó gồm các loại sau: Hình 1.1 Phay định hình Phay răng bằng phương pháp định hình được tiến hành bằng dao phay định hình mà profil của nó phù hợp với profij của rãnh răng Dao phay định hình để gia công bánh răng là dao phay đĩa mođun ( hình a) và dao phay ngón mođun ( hình b) Phương pháp này sử dụng nhiều trên các máy vạn năng có trang bị dụng cụ phân độ Đặc điểm của phay định hình: - Đạt độ chính