Thiết kế khuôn chế tạo bánh răng Cycloid ăn khớp trong ứng dụng công nghệ gia công tia lửa điện

Sự phát triển của công nghiệp đặt ra nhu cầu phải tải năng lượng trên những quãng đường lớn, từ nguồn sản xuất lớn đến nơi tiêu thụ.

Đồ án tốt nghiệp Mở đầu Lý do chọn đề tài Sự phát triển của công nghiệp đặt ra nhu cầu phải tải năng lượng trên những quãng đường lớn, từ nguồn sản xuất lớn đến nơi tiêu thụ. Tùy theo công suất và khoảng cách vận chuyển người ta có thể áp dụng các loại truyền động khác nhau. Bao gồm ba loại truyền động: truyền động cơ khí, truyền động thủy lực và truyền động điện. Nhưng truyền động thủy lực vượt trội hơn hẳn với các ưu điểm: công suất lớn, truyền động êm, phòng được tình trạng quá tải, độ nhạy và độ chính xác cao, truyền động vô cấp và cho phép đảo chiều chuyển động. Kích thước nhỏ gọn, công suất lớn đã tạo ra ưu thế tuyệt vời và hệ thống truyền động thủy lực đã trở nên rất thịnh hành trong những năm gần đây. Đặc biệt được ứng dụng phổ biến trong các nghành mũi nhọn như: công nghiệp chế tạo máy bay và các thiết bị bay, trong các dây chuyền sản xuất tự động và các hệ thống sản xuất linh hoạt, trong các máy nâng hạ, cần cẩu, máy xây dựng… Tuy nhiên để đạt được những ưu điểm đó thì Bơm thủy lực thể tích lại có yêu cầu rất cao về công nghệ chế tạo và độ chính xác. Vì vậy mà truyền động thủy lực tuy có nhiều ưu điểm nhưng vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự ra đời và ứng dụng máy tính, với các chương trình CAD - trợ giúp trong việc thiết kê, các chương trình CAM - trợ giúp trong chế tạo và các loại máy gia công CNC đời mới đã giúp đáp ứng được yêu cầu gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao như các chi tiết trong hệ thống thủy lực. Chính những tiến bộ đó đã thức đẩy và phát huy những thế mạnh của ngành gia công chế tạo khuôn mẫu thêm phát triển. Ngày nay với xu thế phát triển toàn cầu hóa, một dạng sản phẩm được cung cấp và sử dụng trên phạm vi toàn thế giới. Chính vì thế mà số 1 Đồ án tốt nghiệp lượng sản phẩm trong mỗi loại sản phẩm là rất lớn. Các sản phẩm khuôn mẫu cũng chính vì thế mà được ứng dụng ngày càng nhiều. Trước tình hình ứng dụng các hệ thống thủy lực còn hạn chế và khả năng to lớn của các phương pháp công nghệ hiện đại, tôi nhận thấy việc ứng dụng các công nghệ mới vào thiết kế, chế tạo các chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao là hoàn toàn khả thi và sẽ góp phần thúc đẩy những ứng dụng mới trong ngành công nghiệp còn đang trong giai đoạn hình thành và phát triển ở Việt Nam. Vì vậy tôi đã chọn đề tài: “ Thiết kế khuôn chế tạo bánh răng Cycloid ăn khớp trong ứng dụng công nghệ gia công tia lửa điện ” Mục đích nghiên cứu Áp dụng bơm bánh răng trong truyền động thủy lực. Khảo sát và vẽ đương cong cycloid. Thiết kế bánh răng Cycloid. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tia lửa điện trong chế tạo khuôn. Với thời gian nghiên cứu có hạn, hơn nữa nội dung đề tài bao gồm nhiều kiến thức còn mới mẻ nên đồ án này khó tránh khỏi còn nhiều thiếu xót. Vì vậy em rất mong nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý của các thầy cô để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Tạ Duy Liêm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình em thực hiện nhiệm vụ của mình. Em cũng xin gửi lời cám ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa đã cho em những ý kiến quý báu. 2 Đồ án tốt nghiệp Chương 1 Tổng quan về Bơm Thủy lực Bơm thủy lực thể tích thể tích đã được đưa vào sử dụng từ rất lâu. Từ thời văn minh cổ như Hy Lạp cổ, BabyLon hay Trung Quốc, các cột nước có áp suất đã được dùng để truyền nước đi xa hoặc lên cao được coi là các hệ thống truyền động thể tích đầu tiên được con người áp dụng để phục vụ cuộc sống. Đến thời Alexandre Đại Đế đã xuất hiện máy bơm thủy lực đầu tiên phục vụ cho việc chữa cháy và có thể coi đó là máy bơm thủy lực đầu tiên của loài người. Tuy ra đời rất sớm như vậy nhưng mãi đến thế kỷ 19, các hệ thống truyền động thủy lực mới được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn. Ramelli là một trong những nhà vật lý đầu tiên đánh dấu sự phát triển mới của máy bơm thể tích với sự ra đời của máy bơm Roto đầu tiên. Đến đầu thế kỷ 20, với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ chế tạo đã dần đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của các chi tiết chính xác trong hệ thống thủy lực, các Bơm thủy lực thể tích đã được chú ý hơn rất nhiều và đã có những bước nhảy vọt đánh dấu sự lên ngôi của các ứng dụng truyền động thủy lực trong các nghành mũi nhọn hàng đầu của nền công nghiệp hiện đại. Với bề dày phát triển, hiện nay Bơm thủy lực thể tích đã có một hệ thống phân loại tương đối hoàn chỉnh. Phân loại Bơm thủy lực thể tích thể tích theo nguyên lý tác động: Bơm thủy lực Bơm thủy lực Piston Bơm thủy lực Roto Bơm Piston đơn Bơm Piston dãy phẳng Bơm Piston hướng kính Bơm cánh gạt Bơm bánh răng 3 Đồ án tốt nghiệp 1. Bơm thủy lực thể tích Piston: Các bơm Piston làm việc theo nguyên lý là sự thay đổi thể tích làm việc được tạo nên bởi chuyển động tịnh tiến của Piston trong xy lanh. Loại bơm Piston có khả năng tạo được áp suất rất cao. Chúng có thể làm việc trong điều kiện áp suất tới 1000at, nhưng lưu lượng nhỏ từ 200-500 cm3/vg. Tùy theo cách bố trí xy lanh mà nhóm máy Piston được chia thành các loại: bơm Piston đơn, bơm Piston dãy phẳng, bơm Piston hướng kính và bơm Piston hướng trục. 1.1. Bơm Piston đơn: Dựa vào sự chuyển động của Piston trong xy lanh, làm thay đổi thể tích chứa chất lỏng trong xy lanh mà chất lỏng được chuyển từ van hút qua ống đẩy. Lượng nước được tập trung rất lớn trong ống dẫn trong khi thể tích không thay đổi đã làm tăng áp suất trong buồng đẩy. Hình 1.1: Bơm Pistong đơn Do bơm ½ chu kỳ hút và ½ chu kỳ đẩy nên lượng nước được bơm trong 1 chu kỳ không ổn định. Khi cho piston làm việc cả 2 phía, với 2 cặp van hút và van đẩy, ta có bơm piston đơn tác dụng kép. Bơm piston đơn tác dụng kép có 2 lần hút và đẩy trong 1 chu kỳ làm việc, lưu lượng trong trường hợp này đều hơn trong trường hợp bơm piston tác dụng đơn. 4 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2: Bơm Piston đơn tác dụng kép 1.2.Bơm Piston dãy phẳng: Bơm Piston dãy phẳng là một bơm Piston nhiều lần tác dụng, nó gồm nhiều bộ xy lanh – Piston đơn bố trí song song trong một mặt phẳng. Số lượng Piston thường là ba. Bơm piston dãy phẳng có số cặp piston – xy lanh là lẻ được dùng nhiều hơn bởi vì trong loại bơm này lưu lượng trong mỗi chu kỳ đều hơn. Các cần Piston được nối với một trục khủy làm nhiệm vụ biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của các piston và ngược lại. Bơm piston dãy phẳng thường cho áp suất rất cao từ 200-700 at và lưu lượng không lớn lắm khoảng 300cm3/vg. 5 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.3: Bơm Piston dãy phẳng 1.3. Bơm Piston hướng kính: Bơm Piston hướng kính là bơm Piston nhiều lần tác dụng có các piston được bố trí hướng tâm với nhau trong 1 block xy lanh. Tùy theo block xy lanh đó quay hay đứng yên mà chia ra 2 loại: Bơm piston hướng kính có block xy lanh quay và bơm piston hướng kính có block xy lanh không quay. Bơm piston hướng kính có block xy lanh không quay Trong loại bơm này, các piston trong block xy lanh được dẫn động nhờ chuyển động quay của một ngõng trục lệch tâm. Trong trường hợp này, các họng hút và họng đẩy được bố trí trên block xy lanh và thực hiện việc phân phối bằng van. Cũng như bơm piston dãy phẳng, áp suất được tạo bởi loại bơm này rất cao. 6 Đồ án tốt nghiệp Hình 1.4: Bơm Piston hướng kính có block xy lanh không quay Bơm piston hướng kính có block xy lanh quay Block xy lanh quay trong một vỏ lệch tâm. Chính độ lệch tâm giữa vỏ và block xylanh tạo nên hành trình chuyển động của Piston. Loại kết cấu này thực hiện việc phân phối chất lỏng ở phía tâm, tức phân phối qua trục. Hình 1.5: Bơm Piston hướng kính có block xy lanh quay 1.4. Bơm Piston hướng trục Bơm Piston hướng trục là một loại bơm piston tác dụng nhiều lần với các piston được bố trí song song ( hoặc nghiêng một góc nào đó ) quanh trục của block Xy lanh. Chuyển động tịnh tiến của các Piston trong xy lanh được thực hiện nhờ một cơ cấu đĩa nghiêng làm điểm tig hay nối khớp với 7 Đồ án tốt nghiệp một đầu Piston. Đĩa nghiêng này nghiêng một góc so với trục của block xylanh ( không song song ) nhưng bơm vẫn làm việc theo nguyên lý của bơm Piston hướng trục. Hiện nay, bơm Piston hướng trục là một loại bơm Piston được sử dụng rất rộng rãi vì những ưu điểm sau: + Kích thước nhỏ gọn + Công suất trên một đơn vị trọng lượng lớn + Momem quán tính nhỏ + Tạo được áp suất rất cao vận tốc quay tới 300v/ph + Hiệu suất lưu lượng cao Tuy nhiên đòi hỏi gia công chính xác nên giá thành của bơm này cao. Hình 1.6: Bơm Piston hướng trục 2. Bơm thủy lực thể tích Roto Bơm thủy lực thể tích Roto là những máy trong đó chuyển động chính của máy là chuyển động quay. Bơm thủy lực thể tích Roto xuất hiện vào cuối thế kỷ 19. Đặc điểm của các loại bơm này là kích thước nhỏ gọn, làm việc tin cậy, lưu lượng lớn, có thể làm việc với số vòng quay lớn. Vì vậy chỉ tiêu kinh tế của loại bơm này cao. Tuy nhiên so với các loại bơm Piston, khả năng tạo áp suất của các loại bơm Roto thấp hơn, khoảng áp suất làm việc thông dụng là 20 - 180 at. 8 Đồ án tốt nghiệp Bơm thủy lực thể tích Roto bao gồm: Bơm và động cơ bánh răng, bơm và động cơ trục vít, bơm và động cơ cánh gạt. 2.1. Bơm cánh gạt: Bơm cánh gạt là một loại Bơm thủy lực thể tích Roto có kết cấu đơn giản và làm việc ít ồn. Bơm cánh gạt có khả năng điều chỉnh được lưu lượng, phạm vi làm việc của bơm cánh gạt tương đối hẹp. Nó được dùng nhiều trong các hệ thống máy công cụ, trong giao thông vận tải, trong công nghiệp hóa chất . Cấu tạo của bơm cánh gạt bao gồm: Roto, Stato, và các cánh gạt. Trên Roto có xẻ các rãnh để các cánh gạt chuyển động tịnh tiến ở trong. Roto và Stato được đặt lệch tâm nhau để tạo nên sự thay đổi thể tích khoang làm việc khi Roto và Stato có chuyển động tương đối với nhau. 1- Roto 2- Stato 3- Cánh gạt Hình 1.7: Bơm cánh gạt Nguyên lý hoạt động: Khi bơm làm việc, các cánh gạt luôn tì sát vào thành Stato dưới tác dụng của lực đẩy ly tâm hoặc từ lực lò xo. Thể tích V nối thông với khoang hút được mở rộng ra sẽ hút chất lỏng theo khoang hút vào. Khi chuyển sang vùng V’, thể tích này sẽ bị thu hẹp lại và đẩy chất lỏng vào khoang đẩy. 2.2.Bơm thủy lực thể tích bánh răng: 9 Đồ án tốt nghiệp Bơm thủy lực thể tích bánh răng là loại bơm Roto làm việc dựa trên nguyên lý của cặp bánh răng ăn khớp. Đây là loại bơm Roto được sử dụng rộng rãi vì những ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, độ tin cậy cao, kích thước nhỏ gọn, số vòng quay và công suất truyền trên một đơn vị trọng lượng lớn. Hình 1.8: Bơm bánh răng Kế cấu chính của bơm bánh răng bao gồm: 1-Bánh răng chủ động 2-Bánh răng bị động 3-Stato 4-Ống hút 5-Ống đẩy 6-Van an toàn. Nguyên lý làm việc: Bánh răng chủ động được nối với trục của bơm quay và kéo theo bánh răng bị động quay. Chất lỏng ở trong các rãnh răng theo chiều quay của bánh răng, được vận chuyển từ khoang hút đến khoang đẩy vòng theo vỏ bơm. Theo nguyên lý ăn khớp của bánh răng mà ta có 2 loạii bơm bánh răng: Bơm bánh răng ăn khớp ngoài và bơm bánh răng ăn khớp trong. 10 [...]... (princ) ) 2.2 Thiết kế bánh răng Cycloid Bánh răng Cycloid sử dụng hai đường cong Epicycloid và hypocycloid để đạt được biên dạng chính xác và sự ăn khớp Hai bánh răng lăn không trượt, đường kính vòng chia của bánh răng được xác định trên vòng tròn ăn khớp của hai bánh răng Đỉnh răng của bánh răng bị động và chân răng của bánh răng chủ động có cùng một phương trình Đường kính vòng sinh được tạo ra bởi... kính vòng lăn, đường ăn khớp và góc ăn khớp luôn luôn cố định 3.2 Bánh răng ăn khớp Novikov Răng ăn khớp Nivokov có profin răng được chế tạo theo cung tròn, profin răng lõm có bán kíng lớn hơn profin răng lồi Sự khác nhau giữa ăn khớp Novikov và ăn khớp thân khai là đường ăn khớp không nằm theo chiều ngang mà theo chiều cao tạo thành góc 90 o với phương của răng Hình 2.4: Bánh răng vad sự ăn khớp Novikov... bán kính của một trong các bánh răng Để đảm bảo sự ăn khớp thì chân răng của bánh răng bị động và đỉnh răng của bánh răng của bánh răng chủ động có thể là đường thẳng hoặc các đường cong đảm bảo ăn khớp Khi hai bánh răng ăn khớp sẽ tạo ra đường tròn ăn khớp Xét bơm GEROTOR của hãng HELLER Đức: 27 Đồ án tốt nghiệp Trục dẫn động 1 bánh răng trong 2 thân ngoài 5 Thân giữa 4 Bạc đỡ 7 vành răng ngoài 3 thân... cắt khi phay lăn răng Ngoài phương pháp phay lăn răng, người ta còn dùng phương pháp xọc răng bao hình Phương pháp này cho độ chính xác gia công tốt, dao dễ chế tạo, trong một số trường hợp đó là phương pháp duy nhất để gia công, ví dụ như gia công bánh răng tầng, bánh răng trong, bánh răng chữ nhật… Dụng cụ xọc răng là một bánh răng mà mặt đầu được tạo thành mặt trước còn các mặt bên tạo thành các... truyền răng chữ V: răng của các bánh răng được thiết kế theo hình chữ V đã khắc phục được lực dọc trục nhưng bộ bánh răng chữ V lại khó chế tạo Phân loại theo vị trí ăn khớp ta có các bộ truyền ăn khớp ngoài và bộ truyền ăn khớp trong Phân loại theo biên dạng răng ta có các bộ truyền sử dụng các loại biên dạng: biên dạng thân khai, biên dạng Novikov, biên dạng Cycloid 3 Các dạng ăn khớp 3.1 Ăn khớp dạng... dụng Bơm thủy lực thể tích bánh răng ăn khớp trong Bơm bánh răng ăn khớp trong thường được dùng trong những trường hợp yêu cầu độ cứng vững tiếng ồn nhỏ, bền và hoạt động tin cậy Bơm này luôn có bánh răng chủ động và bánh răng bị động đặt lệch tâm Bánh răng chủ động được định tâm bởi trục bơm còn bánh răng bị động được định tâm bởi Stato Để đảm bảo những yêu cầu của bơm loại này thì biên dạng của bánh. .. chính xác cao Dụng cụ cắt là dao phay lăn răng, nó có dạng trục vít thân khai profin ở mặt pháp tuyến là thanh răng cơ bản Với loại dao này có thể gia công răng của bánh răng và răng của trục vít Phay lăn răng được tiến hành trên máy chuyên dùng Phay lăn răng thẳng là phương pháp gia công bánh răng bao hình, khi chuyển động bao hình được thực hiện dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa dao và phôi, đó là các chuyển... cho phép công nghệ chế tạo đơn giản đi rất nhiều ( vì chỉ cần quan tâm đến một biên dạng ) mà vẫn giữ được tất cả các ưu điểm của ăn khớp Cycloid Hình 2.6: Bộ truyền ăn khớp chốt 20 Đồ án tốt nghiệp Ăn khớp chốt có thể sử dụng ở cả ăn khớp trong và ăn khớp ngoài Ăn khớp chốt trong được sử dụng nhiều trong các cơ cấu đồng hồ, dụng cụ đo, các cơ cấu nâng chuyển… Ăn khớp chốt ngoài được sử dụng trong các... Phương pháp xọc răng Khi gia công không thể một lúc cắt hết chiều sâu rãnh răng bánh răng được, mà phải từ từ tiến dao hướng kính Khi tiến dao chi tiết quay một cung tương ứng với thời gian tiến dao, rồi sau đó lại quay thêm ít ra là một vòng nữa để dao cắt hết chiều cao răng của cả vòng răng Thông thường xọc răng dùng gia công bánh răng thẳng, ngoài ra cũng còn có thể dùng để gia công bánh răng nghiêng... nên ít sử dụng 3.2 Phương pháp bao hình Với phương pháp này dụng cụ cắt được coi như lăn tương đối trên vành của bánh răng gia công, khi đó các lưỡi cắt dụng cụ dần dần chiếm các vị trí trên bánh răng mà đường bao của chúng là profin thân khai của bánh răng gia công Phay lăn răng là một phương pháp gia công bánh răng bao hình, là một phương pháp phổ biến nhất, cho năg suất và độ chính xác cao Dụng cụ