Thiết Kế Máy Phay Lăn Răng

Bánh răng, bánh vít là những chi tiết quan trọng dùng để truyền lực và truyền chuyển động trong nhiều loại máy khác nhau.

LỜI NÓI ĐẦU

Với mỗi quốc gia thì cơ khí là một trong những ngành công nghiệp không thể thiếu

Nó là tiền đề, là cơ sở của nhiều ngành công nghiệp quan trọng khác Vì nó đóng vai tròquan trọng trong việc sản xuất trang thiết bị, công cụ cho mọi ngành kinh tế quốc dân Đặcbiệt với một nền kinh tế còn non trẻ như nước ta, với xu hướng “Công Nghiệp Hóa – HiệnĐại Hóa” đất nước, thì ngành cơ khí nói chung và cơ khí chế tạo máy nói riêng lại càng thểhiện rõ tầm quan trọng của nó.Trong đó máy cắt kim loại chiếm một vị trí đặc biệt trongngành chế tạo máy để sản xuất ra các chi tiết của các máy khác nhau, nghĩa là chế tạo ra tưliệu sản xuất Hiện nay do đời sống nhân dân ngày càng được nâng cao, nhu cầu về sản xuấtcông nghiệp tăng Vì vậy cần phải thiết kế các máy cắt kim loại vạn năng, chuyên dùng cónăng suất cao, bảo đảm độ chính xác, độ ổn định và độ tin cậy, kết cấu máy đơn giản, cótính kinh tế và phù hợp với điều kiện chế tạo và sử dụng của từng cơ sở sản xuất

Để phục vụ cho việc phát triền ngành cơ khí hiện này, chúng ta cần phải đẩy mạnhcông tác đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật có trình độ chuyên môn cao về các lĩnh vực, có khảnăng làm việc độc lập, sáng tạo và khả năng làm việc nhóm Nhằm đáp ứng yêu cầu trên,công việc đào tạo tại các trường nghề, trung cấp, cao đẳng cũng như đại học ngày càng đượcchú trọng hơn

Với đồ án tốt nghiệp Máy Công Cụ: “Thiết Kế Máy Phay Lăn Răng” sinh viên được

đi sát vào thực tế sản xuất, được vận dụng các kiến thức một cách tổng hợp Với yêu cầucủa đồ án, sinh viên phải biết tìm tòi, vận dụng kiến thức đã học một cách linh hoạt, kết hợptrao đổi nhóm giữa: Thầy – sinh viên, sinh viên – sinh viên Nhờ vậy sau khi kết thúc đồ ánmỗi sinh viên đều có thể trang bị cho mình một kiến thức tổng hợp, hiểu biết thêm về côngnghệ chế tạo máy nói chung và máy công cụ nói riêng đã được học trong lý thuyết, cùng với

kỹ năng làm việc độc lập cũng như làm việc nhóm

Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Thuận, đến nay em đã hoàn thành đồ án

tốt nghiệp của mình Mặc dù được trang bị các kiến thức cơ bản, nhưng do khả năng cùngvới hiểu biết thực tế còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu xót vềmặt kỹ thuật cũng như nội dung Vì vậy em rất mong nhận được những ý kiến của các thầy,

cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn, và quan trọng hơn là em sẽ biết thêm được nhữngkiến thức để hoàn thiện mình, đáp ứng yêu cầu của một kỹ sư cơ khí

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thuận, cùng tập thể thầy cô giáo trong bộ

môn đã cho em những lời khuyên quý báu để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Thái Nguyên, ngày tháng … năm 2010

Sinh viên thực hiện

NGUYỄN BÁ HỌC

Phần I TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG RĂNG

I TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN

ĐỘNG BÁNH RĂNG

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

2

Bánh răng, bánh vít là những chi tiết quan trọng dùng để truyền lực và truyền chuyển độngtrong nhiều loại máy khác nhau Cùng với sự phát triển của ngành chế tạo máy và với yêu cầu sửachữa, thay thế các loại chi tiết này ngày càng được chế tạo nhiều hơn Ở nhiều nước trên thế giớingười ta đã xây dựng những nhà máy, phân xưởng chuyên chế tạo bánh răng, bánh vít với trình độ

cơ khí hóa và tự động hóa cao

Tùy theo hình dạng bánh răng, phương răng và đoạn biên dạng răng, người ta chia bộ truyềnbánh răng thành nhiều loại: bánh răng trụ, bánh răng côn Và trong mỗi loại này còn được phânthành nhiều loại bánh răng khác nhau dựa theo biên dạng răng như: bánh răng thân khai, bánh răngNovikov, bánh răng Xicloit

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, răng nghiêng hoặc răng chữ V, ăn khớp ngoàihoặc ăn khớp trong dùng để truỳên động giữa các trục song song

- Truyền động bánh răng nón, răng thẳng răng cong hoặc răng nghiêng dùng để truyền độnggiữa các trục cắt nhau

- Truyền động bánh răng - thanh răng dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnhtiến hoặc ngược lại

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 ngoại luân: Đường tâm của trục một vài bánh răng là di động

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

- Bánh răng nội tiếp: tâm quay của hai bánh răng ở về một phía của đường tiếp tuyến

Theo hướng răng trên bánh răng:

- Bánh răng thẳng

- Bánh răng nghiêng

- Bánh răng xoắn

- Bánh răng cong

Theo đường cong dùng làm biên dạng của răng:

- Bánh răng thân khai: Biên dạng của răng là đường thân khai của đường tròn

- 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 dạngnày là các những vòng tròn

Ngoài ra, bánh răng còn có thể chia thành bánh răng có tỷ số truyền không đổi và thay đổi (bánhrăng không tròn) theo quy luật nhất định, bánh răng trong truyền động kín (trong hộp giảm tốc, hộptốc độ, hộp chạy dao) và truyền động hở; bánh răng trong bộ truyền lực (dùng để truyền 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), bánh răng trong bộ truyền giảm tốc và tăng tốc, bánh răng phẳng và bánhrăng không gian.

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 Sau đó mới ứng dụngvào ngành chế tạo máy Tuy bánh răng thân khai có nhiều ưu điểm căn bản, nhất là sau khi pháthiện phương pháp cắt lăn bánh răng, nhưng bánh răng xyclôit vẫn không rời khỏi công nghiệp chếtạo đồng hồ Có lẽ đó là truyền thống của các nhà 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 lớn hơn, nhờ vậy có thể dùng những

bánh răng có số răng nhỏ Nhưng sai số chế tạo dẫn đến làm

giảm hệ số trùng khớp (sai số tăng khoảng cách tâm quay, sai

số giảm vòng tròn đỉnh răng) không làm ảnh hưởng nhiều đến

điều kiện làm việc của bánh răng xyclôit

- Trong những bộ truyền bánh tăng tốc, đặc biệt đồng hồ

bánh răng xyclôit truyền lực rất tốt

Khi xuất hiện việc chế tạo bánh răng xyclôit bằng phương pháp lăn Nhưng bánh răng có môđun nhỏ, năng xuất chế tạo tăng lên rất nhiều Nhưng những ưu điểm căn bản các bánh răng thânkhai đã làm hạn chế việc sử dụng bánh răng xyclôit trong ngành chế tạo máy, ngoại trừ ngành chếtạo đồng hồ Trong chế tạo máy, bánh răng xyclôit được dùng dưới dạng bánh răng chốt, máy ép…

3 Bánh trụ răng xoắn truyền chuyển động giữa hai trục song song

Bánh trụ răng xoắn dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục song song và chéo nhautrong không gian

Trong truyền động trục song song góc nghiêng của các đường răng trên hình trụ lăn của cả haibánh răng ăn khớp ngoài là bằng nhau về giá trị và ngược hướng xoắn Còn đối với truyền độngtrục chéo nhau, góc nghiêng của đường răng trên hai bánh răng là khác nhau

Trong các hộp giảm tốc bánh răng nghiêng được sử dụng rất rộng rãi Thường gặp nhất là bánhrăng nghiêng biên dạng thân khai

3.1 Bánh răng nghiêng biên dạng thân khai

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

4

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

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

3.2 Bánh răng nghiêng biên dạng cung tròn (bánh răng Nôvicốp)

M.N Nôvicốp đã đề xuất một kiểu ăn khớp với biên dạng răng là cung tròn Loại bánh răng nàyngày 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 R1 vàR2 xấp xỉ bằng nhau cho nên biên dạng răng tiếp xúc theo điểm: điểm M Các cung tròn nàythực hiện chuyển động xoắn vít dọc theo bánh răng sẽ tạo nên mặt răng

- Đặc điểm ăn khớp: ở mỗi tiết diện, hai răng chỉ tiếp xúc tại một điểm M, nên s = 0 Để đảmbảo ăn khớp liên tục, trong kiểu ăn khớp Nô vi kốp, phải sử dụng bánh răng nghiêng với hệ

số trùng khớp chiếu trục  > 1

- Trong quá trình ăn khớp điểm tiếp xúc M sẽ di chuyển dọc theo đường tiếp xúc giữa haihình trụ lăn Đường này chính là đường ăn khớp

- 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 <

Trong cặp bánh răng xoắn khác chiều, khác với bánh răng nghiêng là góc xoắn không bằngnhau Trong trường hợp đặc biệt một răng là bánh răng thẳng.

Cấu tạo mặt răng: Trong các loại bánh răng trụ chéo thường gặp nhất là bánh răng trụ chéo vớimặt răng xoắn ốc thân khai (còn gọi là bánh răng xoắn thân khai) Vì vậy cấu tạo mặt răng và cácthông số của bộ truyền giống như bánh răng nghiêng

4.2 Cơ cấu trục vít bánh vít

Trục vít dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau

Thường gặp nhất là loại trục cắt góc giữa hai trục bằng 90o và dạng trục vít là hình trụ

 Trục vít hình trụ

Số đầu mới Z1 của trục vít rất nhỏ trong đó Z2 có thể rất lớn Vì

vậy một ưu điểm căn bản của bộ truyền trục vít là: Tỷ số truyền có

thể rất lớn, nhưng kích thước của cơ cấu rất nhỏ

- Góc nghiêng của bánh vít, trục vít khác nhau nhiều, nên vận

tốc trượt tương đối theo dọc răng sẽ rất lớn Vì vậy hiệu suất

của cơ cấu trục vít thấp nhiệt độ ở vùng tiếp xúc sẽ rất cao

- Trong bộ truyền trục vít hình trụ, mặt răng của trục vít và bánh

vít sẽ tiếp xúc theo điểm Vì vậy cơ cấu trục vít sẽ có các

nhược điểm của cơ cấu khớp loại cao tiếp xúc điểm

Để đạt được tiếp xúc đường giữa trục vít và bánh vít sẽ thay đổi

cấu tạo của mặt răng bánh vít Bánh vít được cắt bằng dao phay răng

có hình dạng hoàn toàn giống như trục vít sẽ ăn khớp bánh vít Sự ăn

khớp khi cắt bánh vít và làm việc của cơ cấu trục vít là hoàn toàn

giống nhau Khi đó, mặt chân răng của bánh vít không phải là hình trụ mà là một xuyến lõm, tạo bởimặt tròn xoay có đường sinh là cung tròn bao lấy trục vít dưới một góc 

Mặt phẳng chứa đường tâm trục vít và vuông góc với trục bánh vít được gọi là mặt cắt chính I

-I

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

6

Do đó loại trục vít hình trụ này phụ thuộc vào loại hình bề mặt dùng làm mặt răng của trục vít.Các loại mặt dùng để làm mặt răng của trục vít

- Mặt xoắn ốc thân khai

- Mặt xoắn convolút

- Mặt xoắn acsimét

- Mặt xoắn ốc tạo bởi đường sinh lõm

- Mặt xoắn ốc tạo thành bằng dao phay đĩa hình nón

Bánh răng nón răng thẳng: đường răng chụm vào đỉnh bánh răng (a)

Đường răng nghiêng tiếp xúc với vòng tròn bán kính P (b)

5.2 Bánh nón răng không thẳng (răng cong)

Đường răng là cung tròn bán kính ri (c)

Đường răng là đường xoắn ốc Acsimets (d)

Đường răng là đường thân khai của vòng tròn bán kính P (e)

Mỗi loại bánh răng đều có những đặc điểm và công dụng riêng Và ngày nay cùng với sự pháttriển của kỹ thuật thì phương pháp chế tạo chúng cũng ngày càng phong phú.

II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BÁNH RĂNG

Bánh răng bằng vật liệu kim loại thường được gia công bằng các phương pháp bào, phay,chuốt… Ngoài ra còn có thể gia công bằng các phương pháp ép, đúc, cán nguội hay cán nóng Hiênnay các nhà máy cơ khí đều dùng các máy chuyên dùng để gia công bánh răng

Theo nguyên lý hình thành bề mặt răng, có hai phương pháp cơ bản để gia công bánh răng:

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

8

- Năng suất thấp: mất thời gian phân độ, mất thời gian để dao về vị trí ban đầu, gia công từngrăng một.

- Độ chính xác không cao do phụ thuộc vào độ chính xác biên dạng dao (dao bị mòn trongquá trình cắt), khó khăn trong việc điều chỉnh vị trí tương đối giữa dao và chi tiết

2 Phương pháp bao hình

Phương pháp bao hình là phương pháp tạo nên hình dáng bề mặt của răng bằng cách lặp lạichuyển động tương đối của hai chi tiết ăn khớp nhau như chuyển động của hai bánh răng, của thanhrăng – bánh răng, trục vít – bánh vít Trong đó một đóng vai trò là dao, một đóng vai trò là phôi

Ưu điểm so với phương pháp chép hình là:

- Năng suất cao hơn, độ chính xác cao hơn

- Mức độ tự động hóa cao hơn

- Một dao có môđun nhất định có thể cắt được nhiều bánh răng cùng môđun với số răng bấtkỳ

III CÁC MÁY GIA CÔNG RĂNG

Máy gia công răng hiện nay có thể được phân loại theo các nguyên tắc sau:

Theo công dụng:

- Máy gia công bánh răng trụ: răng thẳng, răng xoắn

- Máy gia công bánh răng côn: răng thẳng, răng xoắn

- Máy gia công bánh vít, thanh răng

Theo phương pháp gia công:

- Máy phay răng (phay lăn răng)

- Máy xọc răng

- Máy bào răng

- Máy mài răng v.v…

PHẦN II TỔNG HỢP CẤU TRÚC ĐỘNG HỌC MÁY

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

10

I CÔNG DỤNG CỦA MÁY PHAY LĂN RĂNG – CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU

1 Đặc điểm, công dụng của máy phay lăn răng

Máy phay lăn răng là máy chuyên dùng, được sử dụng để gia công bánh răng trụ răng thẳng,răng nghiêng, bánh vít, trục then hoa, các chi tiết có đĩa xích

Việc gia công trên máy dựa theo nguyên lý bao hình, biên dạng răng gia công hình thành từ vô

số các vết cắt của dao và phôi do quá trình ăn khớp cưỡng bức tạo lên

Gia công bánh răng trên máy phay lăn răng có ưu điểm nổi bật là có tính vạn năng cao, thể hiện

ở chỗ nếu cùng môđun thì một dao phay lăn răng có thể gia công được các bánh răng với số răngbất kỳ Phương pháp chép hình không có ưu điểm này

Gia công trên máy phay lăn răng, bánh răng có độ chính xác biên dạng cao hơn nhiều so vớibánh răng gia công bằng phương pháp chép hình trên các máy phay vạn năng như 6H82

Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là chi phí chế tạo dao cao hơn, do cấu tạo của daophay lăn răng phức tạp, khó chế tạo hơn

2 Các thông số chủ yếu

Theo yêu cầu, cần thiết kế máy phay lăn răng bán tự động với các thông số:

- Đường kính phôi lớn nhất gia công được: Dmax = 800 mm

- Môđun lớn nhất của bánh răng được cắt: mmax = 10 mm

Thiết kế dựa trên máy chuẩn 5K32

II CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG

Máy phay lăn răng làm việc theo nguyên lý bao hình, tạo hình bề mặt răng bằng phươngpháp lăn và tiếp xúc

Trên máy có các chuyển động sau:

- Chuyển động tạo ra đường chuẩn ∅ c

- Chuyển động tạo ra đường sinh ∅ s

- Chuyển động phân độ

Ở đây đường sinh công nghệ là đường

thân khai, đường chuẩn là đường răng

1 Gia công bánh răng trụ răng thẳng

Đường sinh là đường thân khai, được tạo

thành bằng phương pháp bao hình (đường bao

của các vị trí liên tiếp của lưỡi cắt thực)

Phôi

Dao

Q 1

Do đó, chuyển động tạo hình đường sinh là sự kết hợp hai chuyển động: chuyển động quay Q1

của dao và chuyền động Q2 của phôi Chuyển động phân độ trùng với chuyển động tạo hình đường

sinh ∅ s Vậy chuyển động tạo hình đường sinh ∅ s{Q1, Q2}.

∅ s nhắc lại sự ăn khớp giữa trục vít – bánh răng, trong đó trục vít đóng vai trò là dao.

Đường chuẩn ở đây là đường thẳng, được tạo thành bằng phương pháp quỹ tích (vết) Để tạo rađường chuẩn này, dao thực hiện chuyển động tịnh tiến T3 dọc trục phôi với lượng chạy dao Sd xác

định trên một vòng quay của phôi Vậy ∅ c{T3}

2 Gia công bánh răng trụ răng nghiêng

Đường sinh là đường thân khai, được tạo

thành bằng phương pháp bao hình

Chuyển động tạo hình sinh là sự kết hợp

của hai chuyển động quay Q1 của dao và quay

Q2 của phôi Vậy ∅ s{Q1, Q2}.

Đường chuẩn ở đây là đường xoắn vít, được

tạo thành bằng phương pháp quỹ tích Để tạo ra

đường chuẩn này, dao thực hiện chuyển động

tịnh tiến T3 hết chiều dài răng kết hợp với

chuyển động quay phụ Q4 của phôi Vậy

Sơ đồ cắt bánh răng trụ răng thẳng

Sơ đồ cắt bánh răng trụ răng nghiêng

Gia công bánh vít: chạy dao hướng kính

Chạy dao hướng kính chỉ áp dụng với trường hợp k = 1, nếu k ≥ 2 dùng phương pháp này sẽ gâylên hiện tượng cắt lẹm đỉnh và chân răng bánh vít Để khắc phục người ta dùng phương pháp chạydao tiếp tuyến.

Khi gia công bánh vít thì đường chuẩn là đường cong ghềng, được tạo thành bằng phương pháp

quỹ tích, do kết cấu của dao tạo nên trong khi gia công Do vậy không có ∅ c

Đường sinh là đường thân khai, được tạo thành bằng phương pháp bao hình ∅ s{Q1, Q2}.

III THÀNH LẬP SƠ ĐỒ CÂU TRÚC ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY

Từ việc phân tích các phương pháp tạo hình trên ta thấy máy phay lăn răng thiết kế cần có cácchuyển động tạo hình sau:

Khi cắt bánh răng thẳng cần có các chuyển động quay chính của dao là Q1 để tạo ra tốc độ cắt,chuyển động quay của phôi Q2 phù hợp với Q1 Do vậy giữa dao và phôi phải có liên kết nội vớichạc điều chỉnh ix, đó là nhóm tạo hình đường sinh ∅ s{Q1, Q2}.

Khi cắt bánh răng trụ răng nghiêng để tạo thành đương chuẩn thì máy phải có thêm chuyểnđộng tạo thành đường xoắn ốc, đó là chuyển động quay phụ thêm Q4 phù hợp với chuyển độngthẳng đứng của bàn máy T3, lúc này bàn máy mang phôi nhận đồng thời 2 chuyển động độc lậpnhau là Q2 và Q4 vì vậy trong cấu tạo của máy cần bố trí thêm cơ cấu cộng (cơ cấu vi sai) để gộp 2

chuyển động này đó là nhóm tạo hình đường chuẩn ∅ c{Q4, T3}.

Để tạo thành các chuyển động trên ta thấy có rất nhiều phương án thành lập sơ đồ cấu trúc độnghọc

Cơ sở cho việc thành lập sơ đồ cấu trúc là trước hết phải viết được nội liên kết và chuyển độngcủa các nhóm hình thành Từ đó ta có 4 phương án thành lập sơ đồ cấu trúc: Phương án 1 – 2 – 3 –4

3 4 7

6

5

10

4 9

Theo phương án 1 – 2 ta có: Lượng di động tính toán (LDĐTT) xích vi sai

Gọi T là bước xoắn đường răng bánh răng: sin

- Tvm: bước của trục vít me đứng

- i: tỉ số truyền của cơ cấu cộng chuyển động

- mn: môđun pháp của bánh răng cần gia công

- Z: số răng của bánh răng cần gia công

- : góc xoắn vít của bánh răng cần gia công

Khi điều chỉnh xích bao hình: Dao (Q1)  Phôi (Q2)

Trong 4 phương án trên ta thấy phương án 3 – 4 có việc điều chỉnh vi sai không phụ thuộc vào

số răng cần cắt, do đó khi cắt bánh răng với các số răng khác nhau ta chỉ cần điều chỉnh chạc ix, nhưvậy sẽ rút ngắn được thời gian điều chỉnh, người điều chỉnh sẽ đỡ vất vả hơn do đã thay đổi cách bốtrí ix về phía sau cơ cấu cộng Phương án 1 – 2 không có ưu điểm nào

Trong phương án 3, có nhược điểm là khi cắt bánh răng nghiêng lượng chạy dao thẳng đứngphụ thuộc vào tốc độ quay của dao Do đó năng suất không cao vì không thể tăng tốc độ quay củadao lên liên tục được

Để khắc phục nhược điểm này ta sử dụng sơ đồ cấu trúc máy theo phương án 4, ở phương ánnày có thêm khâu điều chỉnh lượng chạy dao is

Các phương án được trình bày như hình vẽ trên

Mặt khác khi cắt bánh vít trên máy phay lăn răng, cần có các chuyển động sau:

Q1 – chuyển động quay của dao tạo tốc độ cắt

Q2 – chuyển động quay của phôi phù hợp với chuyển động của dao

Sk – chuyền động chạy dao hướng kính để cắt hết chiều sau răng khi cắt bánh vít theo phương

pháp chạy dao hướng kính (hình vẽ)

St – chuyển động chạy dao dọc trục khi cắt bánh răng bằng phương pháp chạy dao tiếp tuyến

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

16

Để mở rộng và thay đổi lượng chạy dao tiếp tuyến trên sơ đồ cấu trúc động học ta bố trí thêmkhâu điều chỉnh io Như vậy để thỏa mãn các yêu cầu của máy sao cho thích hợp nhất ta chọnphương án bố trí động học như phương án 4.

Từ đó thành lập được sơ đồ cấu trúc động học toàn máy gồm các xích liên kết trong, ngoài vàcác khâu điều chỉnh như sau:

Với sơ đồ cấu trúc động học toàn máy như trên ta có các thành phần lượng di động tính toán vàcông thức điều chỉnh như sau:

PTCBĐH: 1 i45 i i67 ix i89 =

K Z

Xích này liên hệ giữa chuyển động quay của phôi và chuyển động tính tiến của dao T3

Gọi Sd mm/vg là lượng chạy dao dọc của máy

Phôi  Dao (T3)LDĐTT: 1 vòng phôi  Sd (mm)

PTCBĐH: 1 i9-10 is i11-12 kvm tvm = Sd

CTĐC: is  C Ss d

4 Xích vi sai

a Khi cắt bánh răng nghiêng

Gọi T là bước xoắn đường răng bánh răng: sin

IV KẾT LUẬN

Dựa trên cơ sở lựa chọn và phân tích một sơ đồ gia công đặc trưng nhất (cụ thể là sơ đồ giacông của bánh răng trụ răng thẳng), phân tích các chuyển động cần thiết, lập sơ bộ cấu trúc độnghọc máy Sau đó bổ sung các chuyển động cần thiết khác của các sơ đồ gia công khác mà yêu cầucông nghệ đặt ra cho máy (gia công bánh răng trụ răng nghiêng, bánh vít) Dựa trên cơ sở tốt nhất

về mặt động học cho máy ta đã lựa chọn ra được cấu trúc động học toàn máy thỏa mãn yêu cầucông nghệ: gia công bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng và bánh vít Trên cơ sở đó ta tính đượclượng di động tính toán tổng quát cho các xích động học cần thiết trên máy

PHẦN III XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT

CƠ BẢN CỦA MÁY

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

20

Máy cắt kim loại cũng như các loại máy công cụ khác, để thực hiện những chức năng nhấtđịnh nào đó máy cần phải có những đặc trưng kỹ thuật nhất định.

Đặc trưng kỹ thuật kỹ thuật cơ bản của máy xác định khả năng sản xuất của nó Đặc trưng

kỹ thuật của máy bao gồm: Đặc trưng công nghệ, đặc trưng kích thước, đặc trưng động học và đặctrưng động lực học

Đặc trưng công nghệ giúp ta xác định các loại bề mặt có thể gia công trên máy, các nguyêncông thực hiện được trên máy, loại phôi đưa vào máy, công nghệ điển hình… và loại hình sản xuất

Đặc tính kích thước nói lên kích thước cơ bẳn nhằm xác định kích thước lớn nhất của chitiết gia công có thể thực hiện được trên máy

Đặc tính động học của máy (xích động học và xích chạy dao) xác định tốc độ lớn nhất, nhỏnhất, xác định công bội , xác định dãy tốc độ

Đặc tính động lực học: xác định công suât tính toán động cơ và trên cơ sơ đó xác định và lựachọn động

I Đặc trưng về công nghệ

Máy phay lăn răng là loại máy chuyên dùng để gia công bánh vít, bánh răng trụ răng thẳng, răngnghiêng

Phôi gia công là phôi trụ có đường kính lớn nhất: Dmax = 800mm

Vật liệu gia công trên máy: Thép, gang, đồng và chất dẻo Dao được sử dụng là dao phay trụcvít, dao bay

II Đặc trưng về kích thước

Đường kính lớn nhất của bánh răng gia công: Dmax = 800mm

Modul lớn nhất của bánh răng được cắt: mmax = 10mm

Góc nghiêng lớn nhất của bánh răng gia công:  =  600

Môđun bé nhất được tính theo công thức:

ax

m

m m

Tốc độ cắt giới hạn được chọn căn cứ vào các tài liệu thống kê Tham khảo tài liệu đã chođối với máy chuẩn khi phay lăn răng, tốc độ cắt có thể sử dụng theo Sổ tay CNCTM Đối với vậtliệu dao là thép gió:

Khi đó số tốc độ của máy thiết kế là:

Máy bố trí 3 xích chạy dao Xích chạy dao thẳng đứng, xích chạy dao tiếp tuyến và xíchchạy dao hướng kính Với lượng chạy dao Sd, Sv, St, được xác lập theo yêu cầu độ bóng và độ chínhxác của chi tiết gia công.

a Xích chạy dao thẳng đứng

Theo nguyên lý cắt, khi cắt thô lượng chạy dao từ 2 đến 3mm/v (vật liệu phôi: gang, thep,đồng) Khi cắt tinh lượng chạy dao từ 0,8 đến 1,5 mm/v Lượng chạy dao này nhỏ nên dễ xẩy rahiện tượng trượt dao

Chiều sâu cắt được xác định theo môđun của bánh răng cần gia công Đối với các bánh răng

có môđun nhỏ hơn 10 mm thì ta cho một hành trình cắt hết chiều sâu Đối với bánh răng có m 10mm (vật liệu bánh răng là gang) và m  8mm (vật liệu là thép) thì cắt 2 hành trình Hành trìnhđầu cắt theo chiều sâu t = 1,4 mm, hành trình sau cắt hết phần còn lại

Với vật liệu gia công là chất dẻo thì lượng chạy dao có thể chọn lớn hơn Theo máy chuẩn

có lượng chạy dao cho máy thiết kế là

b Xích chạy dao hướng kính

Để gia công bánh vít bằng chạy dao hướng kính, trong máy bố trí xích chạy dao hướng kínhđược nối từ xích chạy dao dọc Theo máy chuẩn ta chọn lượng chạy dao hướng kính của máy là 1/3lượng chạy dao dọc Khi đó ta có lượng chạy dao hướng kính là:

0,27 ; 0,34 ; 0,43 ; 0,54 ; 0,68 ; 0,85 ; 1,08 ; 1,36 ; 1,7(mm/v)

c Xích chạy dao tiếp tuyến

Để cắt bánh bít bằng phương pháp chạy dao tiếp tuyến và cắt bánh răng bằng phương phápchạy dao đường chéo Máy còn bố trí xích chạy dao tiếp tuyến Lượng chạy dao phụ thuộc vào gócnghiêng của bánh răng và số răng của bánh vít khi gia công

d Xích chạy dao nhanh

Để giảm thời gian phụ ở các hành trình chạy không, trên máy bố trí xích chạy dao nhanhcho chạy dao hướng kính và chạy dao thẳng đứng lượng dịch chuyển có thể lấy bằng 0,1 0,6m/ph Theo máy chuẩn chọn lượng dịch chuyển nhanh của bàn máy là 0,17m/ph Dịch chuyểnnhanh của bàn trượt dao là 0,55m/ph Dịch chuyển nhanh của trục gá dao dọc theo trục dao là 0,13m/ph

IV ĐẶC TRƯNG VỀ ĐỘNG LỰC HỌC MÁY

Đặc trưng về động lợc học máy được xác định theo chế độ cắt tính toán có tải trọng và công suấtlớn nhất Công suất cắt có thể tính theo 2 phương pháp:

Lượng chạy dao : S* = 0,7 Smax =0,7 5 = 3,5 mm/vg

Vận tốc cắt : V = 50 m/ph

Modul : m = 10 mm

Đường kính dao : Dd = Ddmax = 200 mm

Số đầu mối dao phay : k = 1

Số răng của bánh răng gia công : Z = 12

2 Theo nguyên lý đàn hồi

Lực cắt được tính theo công thức:

nlc: Số lát cắt sau một vòng quay của phôi Khi phôi quay được một vòng thì phôi quay được

atb = 0,04 mm

Lực cắt tính cho một răng

Pz1 = k(a + 0,4c)b = 1800(0,04 + 0,4.0,6).15,7 = 1912,8 NVậy Pz = .Pz1 = 18120 N

Chọn vận tốc khi cắt thô và vật liệu thép: Vc = 25 m/ph

Ta có : Pz.Vc / 60.1000 = 6,04 KW

Chọn hiệu suất truyền dẫn:

 = 0,83 (TKMCKL-Phạm Đắp)

nđc = Ks.nc /  =1,02.6,04 / 0,83 =7,42 KW

Ks = 0,2 : Hệ số kể đến công suất chạy dao

Dựa vào công suất động cơ tính toán, tra bảng 3-P4 (STKCTM - Nguyễn Trọng Hiệp) chọnđộng cơ kiểu A02 51-4 có:

PHẦN IV TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC MÁY

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

26

Phần tính toán động học máy là một trong những phần quan trọng cho máy Nó thể hiện đượctính chất chuyển động thực của máy với những thông số động học cụ thể, tỉ số truyền của từng cặpbánh răng, số răng của bánh răng và từ đó ta hình dung được kết cấu máy.

Nhiệm vụ của phần này là: lựa chon phươn án truyền dẫn, bố trí cơ cấu truyền dẩn, bố trí kíchthước vỏ hộp, xác định được đồ thị vòng quay từ đó xác định được tỉ số truyền cho các bộ truyền vàtính số răng của các bánh răng, sau cùng là kiểm tra sai số vòng quay với giá trị cho phép

I HỘP TỐC ĐỘ

Hộp tốc độ trong máy cắt kim loại dùng để truyền lực cắt cho các chi tiết gia công, có kíchthước, vật liệu khác nhau với những chế độ cắt cần thiết Thiết kế hộp tốc độ yêu cầu phải đảm bảonhững chỉ tiêu về kỹ thuật và kinh tế tốt nhất trong điều kiện cụ thể cho phép Hộp tốc độ phải cókích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao, tiết kiệm nguyên vật liệu, kết cấu có tính công nghệ cao, làmviệc chính xác, sử dụng bảo quản dễ dàng, an toàn khi làm việc

Vì máy thiết kế là máy chuyên dùng, chi tiết được gia công hàng loạt Do đó ta sử dụng hộp tốc

độ dùng bánh răng thay thế

Hộp tốc độ dùng bánh răng thay thế có ưu, nhược điểm sau:

- Kích thước chiều trục nhỏ

- Số cặp bánh răng thay thế không hạn chế, nó chỉ bị giới hạn bởi tỷ số truyền

- Phạm vi điều chỉnh của nhóm là: Rp = imax/imin = 1620:

- Nếu phạm vi truyền dẫn không vượt quá Rp thì việc điều chỉnh số vòng quay chỉ còn tiếnhành với một nhóm truyền Như vậy kết cấu truyền dẫn sẽ đơn giản

- Khả năng đóng cần tốc độ làm gãy bánh răng không có do đó không phải dùng cơ cấu hãmnào cả

- Việc điều chỉnh máy chậm chạp là nhược điểm gây ra do ta sử dụng cặp bánh răng thay thế.Nhưng ta lại gia công một lô sản phẩm nên thời gian phụ đó là quá nhỏ so với thời gian chạymáy Do đó không ảnh hưởng đến năng suất máy

1 Chọn dạng kết cấu

Khi thiết kế máy việc lựa chọn kết cấu đơn giản hay phức tạp cần căn cứ vào phạm vi điềuchỉnh yêu cầu, công dụng của máy Theo kinh nghiệm của các nhà thiết kế máy, chỉ ra rằng cấu trúcđơn giản được sử dụng khi phạm vi điều chỉnh yêu cầu nhỏ hơn trị số tới hạn: Rn R*



Phạm vi điều chỉnh Rn = 6,25  R* = 50,79 Do đó ta sử dụng kết cấu truyền dẫn đơn giản

2 Chọn phương án kết cấu

Do Z = 9 nên ta có hai phương án kết cấu là: Z = 3.3 và Z = 1.9.1

Vì sử dụng bánh răng thay thế nên ta sử dụng phương án cấu trúc Z = 1.9.1

Với phương án này, do dùng bánh răng thay thế nên nó đảm bảo tổng số bộ truyền là ít nhất Và

để phòng quá tải người ta bố trí mắc bộ truyền đai nối từ động cơ tới trục I của hộp tốc độ

3 Đồ thi vòng quay:

Để giảm kích thước kính của nhóm truyền động, trên độ thị vòng quay nên tận dụng bố trí cáctia trong nhóm đối xứng với nhau để imin imax = 1, để các bánh răng trong nhóm truyền không chênhlệch nhau về kích thước quá lớn và kích thước của nhóm truyền sẽ bé

Mặt khác theo kinh nghiệm, các tỷ số truyền cũng được giới hạn Đối với chuyển động chínhdùng bánh răng thẳng, theo lời khuyên:

min ax

1

2

4i   i i m

Theo lời khuyên, đối với bánh răng thay thế thì có thể cho phép imax ≤ 4

Vậy ta lấy tỉ số truyền: min ax

Từ đó ta có chuỗi số vòng quay của hộp tốc độ như sau: (Hình vẽ)

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

28

VII VI

IV

II I

2000

(v/ph)(v/ph)(v/ph)(v/ph)(v/ph)(v/ph)(v/ph)(v/ph)(v/ph)

315 25020016012510080

5063 i1

Đồ thị vòng quay máy phay lăn răng

i9 i10

i8 i7i6 i5 i4 i3 i2

Trong xích ta bố trí một bộ truyền đai từ trục dộng cơ đến trục I và các cặp bánh răng côn có tỷ

số truyền bằng 1 để đổi hướng truyền chuyển động trong không gian cặp bánh răng trụ răngnghiêng để hạn chế tỷ số truyền của các nhóm trong giới hạn cho phép

Ta xây dựng đồ thị số vòng quay như hình vẽ trên: Từ đồ thị số vòng quay ta đi xác định tỷ sốtruyền

29

a i

34

a i

43

a i



 a10 + b10 = 87 = 3.29

Ta có bội số chung nhỏ nhất của :SZ = K = Zj + Zj= 87

Vậy ta tính được số răng của các cặp bánh răng ăn khớp:

Bộ truyền đai thường để truyền chuyển động từ động cơ đến hộp tốc độ (trục công tác) Nó có

ưu điểm là truyền động giữa hai trục xa nhau, có khả năng phòng quá tải, kết cấu đơn giản, rẻ tiền

Có nhược điểm là cồng kềnh, gây trượt khi truyền động

Chọn kiểu đai dẹt có thiết diện E = 138 mm2

(30 35)( / )60.10

(thỏa mãn)

6 Kiểm tra sai số vòng quay

Trong quá trình tính toán số răng do phân tích tỷ số truyền ij  aj / bj, mặt khác khi tính toán Zj

và Zj’ cũng có những sai số, nên số vòng quay của trục cuối (trục chính) có thể có những sai lệch sovới số vòng quay tiêu chuẩn Vì vậy cần phải kiểm tra lại sai số vòng quay trục chính, nếu khôngthảo mãn điều kiện cho phép thì phải điều chỉnh lại tỉ số truyền

Sai số cho phép xác định theo công thức:

Ờ đây: ntc là số vòng quay tiêu chuẩn, lấy theo bảng (v/ph)

ntt là số vòng quay thực tế của trục cuối (v/ph)Vậy sai số vòng quay của trục chính để thảo mãn thì: n ≤  2,6 %

Ta lập bảng kiểm tra sai số vòng quay sau để tiện so sánh

Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên

32

Ta lập bảng kiểm tra sai số vòng quay :

Vậy sai số vòng quay thực so với sai số vòng quay tiêu chuẩn nằm trong giới hạn cho phép

II THIẾT KẾ XÍCH CHẠY DAO

So với hộp tốc độ, hộp chạy dao có một số đặc điểm sau:

- Công suất truyền dẫn bé, thường chỉ bằng 5 – 10% công suất truyền động chính

- Tốc độ làm việc chậm nhiều so với hộp tốc độ Do hai nguyên nhân trên, trong hộp chạy dao

có thể dùng các cơ cấu giảm tốc nhiều và hiệu suất thấp như trục vít – đai ốc, trục vít – bánhvít Trong điều kiện có thể nếu dùng nhiều cặp răng nối tiếp nhau để giảm tốc độ thì khôngnhất thiết phải dùng các cơ cấu hiệu suất thấp nói trên

2,81415

s s

s

i R

Rs = 6,25 nên hộp chạy dao ta sử dụng cặp bánh răng thay thế (Rs  14)

Ta chuyển chuỗi lượng chạy dao S thành chuỗi số vòng quay của cơ cấu chấp hành – trục vít mevới: i

VII VI

IV

II I

0,500,400,320,250,201vphôi

0,1580,128

0,080,10

i7

i5 i4 i3 i2 i6

Đối với các cặp bánh răng thay thế của xích này ta kết hợp với xích chạy dao hướng kính để chotính toán đơn giản hơn và cũng giúp cho việc bảo quản, chế tạo bánh răng thay thế của hai xích này

dễ dàng hơn, tránh nhầm lẫn và lựa chọn dễ khi sử dụng

Từ trên ta có đồ thị vòng quay trục vít me như sau:(Hình vẽ)

2.

Xích chạy dao hướng kính

Đồ thị vòng quay xích chạy dao đứng.

VIII VII

VI IV

II I

i10 i9

i11 i12

i1i0

Như ta đã biết ở xích chạy dao đứng ta sử dụng các cặp bánh răng thay thế của xích chạy daođứng cho xích chạy dao hướng kính này:

0,0270,039

Đồ thị vòng quay xích chạy hướng kính

i7

i5 i4 i3 i2

i6

i13

i14

Tính toán bộ truyền cho xích chạy dao:

Tính toán bộ truyền bánh răng thay thế

1

1

172,52

7

a i

1

a i

7

a i

b



 a3 + b3 = 18 = 2.32 4

1

a i

Ta thấy SZ > 120 là do cặp bánh răng có tỷ số truyền: i3= 1,58 = 11/7

Lượng chạy dao:

Sd = 3,2 mm/v

Sk = 0,1 mm/v

Có thể bỏ qua không cần dùng Mặt khác phân tích lại tỷ số truyền ta có sự sai số quá lớn do đó

ta có thể bỏ qua cặp bánh răng có tỷ số truyền i = 1,58

III THIẾT KẾ XÍCH BAO HÌNH

Gọi: Z là số răng của bánh răng cần cắt

K là số đầu mối của dao phay trục vít

Xích bao hình thiết kế phải đảm bảo lượng di động tính toán:

Để số bánh răng đi theo máy là ít nhất ta phân thành hai trường hợp:

Trường hợp 1: Z  160, số đầu mối Kmax = 2 ; Kmin = 1

Từ các phân tích trên ta chọn bộ truyền này có:

Trường hợp 2: Cắt với bánh răng có Z  160

Đối với số răng Z  160 ta cố thể dùng bánh răng thay thế đã dùng với số răng Z  160, và để

mở rộng phạm vi điều chỉnh trong xích bố trí thêm cặp bánh răng thay thế có tỷ số truyền: