luan văn thac si THIẾT kế, CHẾ tạo bộ TRUYỀN BÁNH RĂNG côn CONG DẠNG CUNG TRÒN TRÊN máy CNC

Trong ngành chế tạo máy, truyền động bánh răng chiếm một vị trí quan trọng. Bánh răng là những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnh hưởng đến chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy. Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt gọt kim loại phức tạp nhất, ngoài sự hiểu biết sâu sắc về lý thuyết ăn khớp bánh răng còn có khả năng tính toán các thông số hình học của bánh răng, phân tích và biết cách điều chỉnh hợp lý. Trong gia công cắt gọt các bề mặt phức tạp, đặc biệt là gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn. Ta sử dụng trang thiết bị hiện đại (Trung tâm gia công CNC) kết hợp với phần mềm Proe nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả kinh tế và độ chính xác gia công bánh răng.

-——– -HỒ VĂN RIỀU

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG

CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng- năm 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

HỒ VĂN RIỀU

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG

CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC

Chuên ngành: Công nghệ Chế tạo máy

Mã số: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU ĐỨC BÌNH

Đà Nẵng- năm 2016

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Hồ Văn Riều

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 3

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 3

3.1 Phạm vi nghiên cứu 3

3.2 Đối tượng nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

6 Dự kiến cấu trúc luận văn 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN 5

1.1 Tính năng và tầm quan trọng của bộ truyền bánh răng côn răng cong 5

1.2 Ưu điểm và nhược điểm, phạm vi sử dụng bộ truyền 9

1.3 Những khó khăn, hạn chế khi gia công bộ truyền trên máy truyền thống hiện nay 12

1.4 Các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực gia công bánh răng côn cong trên thế giới và trong nước 13

1.4.1 Kết quả nghiên cứu về lĩnh vực gia công bánh răng côn cong trên thế giới 13

1.4.2 Kết quả nghiên cứu về lĩnh vực gia bánh răng côn cong trong nước .16 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC 20

2.1 Thông số hình học của bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn 20

2.2 Độ chính xác của bộ truyền bánh răng côn cung tròn 23

CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC 31

3.1 Chọn vật liệu và nhiệt luyện 31

3.2 Chế độ nhiệt luyện 31

3.2.1 Nhóm bánh răng chịu tải thường 31

3.2.2 Nhóm bánh răng chịu tải nặng 33

3.3 Phương pháp chế tạo phôi 35

3.3.1 Đúc trong khuôn kim loại 36

3.3.2 Dập nguội thể tích 37

3.3.3 Ép kim loại bột 37

3.3.4.Cán nóng bánh răng côn răng cong 38

3.4 Yêu cầu kỷ thuật 39

3.5 Tính công nghệ trong kết cấu 39

3.6 Phân tích chọn chuẩn định vị 41

3.7 Thiết kế sơ bộ phương án công nghệ 42

3.7.1 Chọn và xác định dạng sản xuất 42

3.7.2 Chọn phôi và phương pháp tạo phôi 43

3.8 Thiết kế sơ bộ tiến trình công nghệ gia công bánh răng 44

3.8.1 Chọn chuẩn định vị gia công trước khi cắt răng 44

3.8.2 Xác định các bước công nghệ gia công cho từng bề mặt 48

3.9 Chế tạo bộ truyền dùng menu Manufacturing phần mềm Pro/Creo3.0 51

3.9.1.Thiết lập trình tự chế tạo bánh nhỏ z =18 51

3.9.2 Thiết lập bánh lớn 60

3.12 Dung dịch trơn nguội 62

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN 64

4.1 Hiệu quả kinh tế khi gia công trên máy CNC 64

*Các chỉ tiêu của hiệu quả kinh tế 64

4.2 Nâng cao hiệu quả gia công trên máy CNC 66

4.3 Các yếu tố đảm bảo gia công tối ưu trên máy CNC 66

4.3.1 Các yếu tố giảm giá thành gia công 66

4.3.2 Các yếu tố nâng cao năng suất lao động 67

4.3.3 Các yếu tố giảm chi phí quy đổi và tăng hiệu quả kinh tế hàng năm 67

4.4 Hướng phát triển đề tài 68

4.5 Tài liệu tham khảo 68

DANH M C CÁC HÌNH ỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.4 Các hướng xoắn 10

1.6 Phương pháp gia công trên thế giới hiện nay 162.1 Thông số của bộ truyền bánh răng côn cong 21

2.5 Kiểm tra độ chính xác bộ truyền qua vết tiếp xúc 27

3.1 Phân bố lớp tôi và lớp chuyển tiếp khi nung 32

3.10 Mô phỏng gia công bánh nhỏ răng côn cong bằng phần

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong ngành chế tạo máy, truyền động bánh răng chiếm một vị trí quantrọng Bánh răng là những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, cóảnh hưởng đến chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy

Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt gọt kim loại phức tạp nhất, ngoài sựhiểu biết sâu sắc về lý thuyết ăn khớp bánh răng còn có khả năng tính toán cácthông số hình học của bánh răng, phân tích và biết cách điều chỉnh hợp lý

Trong gia công cắt gọt các bề mặt phức tạp, đặc biệt là gia công bánh răngcôn cong dạng cung tròn Ta sử dụng trang thiết bị hiện đại (Trung tâm gia côngCNC) kết hợp với phần mềm Pro/e nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả kinh tế và

độ chính xác gia công bánh răng

Khi gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn bằng phương pháp cắt haiphía ta thấy rằng phương pháp này được cắt cả phía lồi, phía lõm của một răng,

và được sử dụng rộng rãi đạt độ chính xác 6÷8 Nếu cắt răng bằng phương phápmột khía theo phương pháp này mỗi khía của rãnh răng được cắt riêng biệt bằngđầu dao hai khía Năng suất không cao, độ chính xác 8÷9 và được dùng trongsản xuất loạt nhỏ Cắt răng bằng phương pháp gá cố định, đây là phương pháp

mà cả hai khía bánh răng được cắt theo phương pháp bao hình bằng các đầu daomột khía phương pháp này được dùng chủ yếu cắt các bánh răng nhỏ và đạt cấpchính xác 6÷8

Gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn bằng phương pháp bao hình:phương pháp được sử dụng để cắt răng của bánh răng lớn và nhỏ có góc côn chia

nhỏ hơn 680 Nhờ cơ cấu bao hình mà lượng dư theo chiều dài răng không thayđổi, do đó tuổi bền dao cắt tinh tăng và chất lượng gia công tinh cũng tăng Gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn bằng phương pháp chép hình,bao hình và tiến dao dọc trục: Phương pháp chép hình được sử dụng cắt răng củacác bánh răng trong sản xuất loạt lớn và hàng khối và được thực hiện trên cácmáy chuốt răng chuyên dùng 609, 610 của hãng Gleason(Mỹ) So với cắt bằngphương pháp bao hình, độ chính xác của phương pháp chép hình tăng 10÷20%,tuổi bền cũng tăng 2÷3 lần Phương pháp bao hình được dùng để cắt tinh răngtrên các máy cắt vạn năng bằng các đầu dao hai phía và một hía và được dùngtrong sản xuất hàng khối và loạt lớn Phương pháp tiến dao dọc trục được dùngtrong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ trên các loại máy 650, 655 hãnggleason(Mỹ).

Gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn bằng phương pháp tổ hợp:phương pháp này được dùng để cắt răng của các bánh răng lớn và nhỏ cómoodun ≥ 2,5 mm trong một lần gá Phương pháp này có thể thực hiện trên cácmáy 650, 655 hãng Gleason(Mỹ) và đạt cấp chính xác 7 ÷ 8

Gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn bằng đầu dao hợp kim cứng:Trong việc xây dựng nền công nghiệp ngày càng phát triển đòi hỏi yêu cầu độchính xác cắt răng côn cong nhiệt luyện và được sử dụng rộng rãi trong côngnghiệp chế tạo ô tô va chế tạo máy Phương pháp này đạt cấp chính xác cấp 6 vàđược dùng trên các loại máy 675, 650 hãng Gleason(Mỹ) và cho phép giảm sai

số bước vòng và độ dảo vành răng sau nhiệt luyện, đồng thời giảm tiếng ồn khi

ăn khớp

Ngày nay nhờ sự kết hợp với máy tính gia công bánh răng côn cong dạngcung tròn bằng cá loại máy điều khiển số (NC, CNC) tự động hóa và có độ chính

xác cao(sai lệch < 0,001mm), năng suất tăng gấp 3 lần máy thường Ngoài việcphục vụ phát triển ngành công nghiệp còn có ý nghĩa quan trọng trong sự nghiệpgiáo dục, phổ cập và đào tạo thế hệ trẻ ngày càng tiếp cận các phương pháp giacông bằng các loại máy điều khiển số.

Qua các kết quả nghiên cứu các phương pháp gia công bánh răng côn cong

dạng cung tròn, đồng thời phục vụ trong công tác giảng dạy thực hành giúp chosinh viên tiếp cận với phương pháp điều khiển số, tôi chọn đề tài:

“ Thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong dạng cung tròn trên máy cnc ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

+ Thiết kế được bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn trên phầnmềm Pro/e

+ Chế tạo một bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn trên máy CNC+ Kiểm tra chất lượng bộ truyền chế tạo được bằng chỉ tiêu vết tiếp xúc

3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

3.1 Phạm vi nghiên cứu

+ Gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn trên máy CNC bằng phầnmềm Creo 3.0

+ Kiểm tra độ chính xác bằng chỉ tiêu vết tiếp xúc

3.2 Đối tượng nghiên cứu

+ Truyền động cặp bánh răng côn cong dạng cung tròn

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích và tính toán thiết kế, chế tạo cặp bánh răng côn cong dạng cungtròn trên máy CNC

- Phân tích và tính toán thiết kế, mô phỏng bánh răng côn dạng cung tròn bằngphần mềm Pro/E.

- Phân tích tính chính xác ăn khớp bằng chỉ tiêu vết tiếp xúc thông quaTCVN1067-84

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Làm chủ được công nghệ gia công bánh răng côn cong dạng cung tròntrên máy CNC

- Thiết kế được bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn bằng phầnmềm Pro/E

- Chế tạo thành công bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn vớithông số bộ truyền: Z1 = 18, Z2= 90, m =3, i = 5

- Góp phần thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng công nghệ cad/cam trong lĩnhvực gia công bánh răng

6 Dự kiến cấu trúc luận văn

Luận văn được tổ chức như sau:

Mở đầu: Tính cấp thiết của đề tài, mục đích và mục tiêu nghiên cứu, đối tượng

và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn.Chương 1: Tổng quan về bánh răng côn cong dạng cung tròn

Chương 2: Thiết kế bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn trên máy cnc

Chương 3: Chế tạo bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn trên máy cnc

Chương 4: Kết luận

Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Tài liệu tham khảo

Phụ lục.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG

CUNG TRÒN1.1 Tính năng và tầm quan trọng của bộ truyền bánh răng côn răng cong

Truyền động bánh răng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực cơ khí để truyềnchuyển động quay giữa các trục có đường tâm vuông góc với nhau hoặc chéo nhau

là được áp dụng trong các cơ cấu quan trọng ô tô, máy kéo, động cơ đốt trong, máycông cụ, máy nông nghiệp, máy cần cẩu và nhiều loại thiết bị khác

Các hộp tốc độ và truyền lực có khả năng truyền công suất lớn Tốc độ vòngcủa bánh răng trong các cơ cấu truyền chuyển động tốc độ cao có thể đạt tới 150m/

s Các bánh răng truyền chuyển động quay được gọi là bánh răng chủ động, cònbánh răng nhận chuyển động quay gọi là bánh răng bị động Trong bộ truyền còn

có khái niệm bánh răng nhỏ ( có đường kính hoặc số răng nhỏ ) và bánh răng lớn(có đường kính và số răng lớn )

Gia công bánh răng côn răng cong là một công việc khó khăn vì vừa phải đảmbảo được các chỉ tiêu kỹ thuật, vừa đảm bảo thời gian và an toàn Do đó chọnphương pháp gia công bánh răng phụ thuộc vào vật liệu, độ chính xác và kết cấucủa bánh răng, yêu cầu về khả năng truyền tải và các chỉ tiêu kinh tế

Sử dụng bánh răng có thể truyền được chuyển động quay giữa các trục songsong với nhau, chéo nhau hoặc vuông góc với nhau Riêng bộ truyền bánh răng côncong có thể đa dạng hơn bánh răng trụ vì góc giữa hai trục có thể tùy ý

Tùy thuộc vào vị trí tương quan giữa các trục mà người ta phân biệt: Truyềnđộng bằng bánh răng trụ, truyền động bằng bánh răng côn, truyền động bằng bánhcôn răng cong, truyền động bằng bánh vít và truyền động bằng thanh răng Tronggiới hạn đề tài chỉ nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền bánh răng côn răng cong

Kết luận:

Truyền động bánh răng côn cong được dùng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

cơ khí vì chúng có những ưu điểm, khả năng truyền lực lớn, đảm bảo tỉ số truyền

ổn định, truyền động êm

Truyền động bánh răng côn cong là bộ phận quan trọng dùng trong vận tảihàng hải, vận tải hàng không, vận tải đường bộ, máy công cụ, máy nông nghiệp,máy cần cẩu, máy may công nghiệp và nhiều loại thiết bị khác

Phạm vi tốc độ và truyền lực của truyền động bánh răng côn cong lớn.Các hộp giảm tốc bánh răng có khả năng truyền công suất đến hàng nghìn kW

Sử dụng bộ truyền bánh răng côn truyền được chuyển động quay giữa các trụcvuông góc với nhau, chéo nhau

Phân loại:

+Dựa vào hướng răng, bánh răng côn cong được chia làm 3 loại sau:

+ Răng cong cung tròn

+ Răng cong thân khai

+ Răng cong epicycloid

Hình 1.1 Các dạng răng côn congNguồn: https://www.google.com.vn/

+ Dựa chiều cao của răng ta có phân loại: bánh răng côn cong có chiều caorăng đều hoặc bánh răng côn cong có chiều cao răng thay đổi

a Chiều cao răng thay đổi

b Chiều cao răng đềuHình 1.2.Các dạng chiều cao bánh răng côn cong+ Dựa vào vị trí tương quan giữa hai trục ta có thể phân loại bánh răng côncong thành hai loại : hai trục giao nhau (vuông góc hoặc không vuông góc ) và haitrục chéo nhau

a Hai trục giao nhau

b Hai trục chéo nhau(hypoid)Hình 1.3.Vị trí tương quan giữa hai trục+ Dựa vào hướng xoắn của răng phân thành hai loại : Bánh răng côn cong cóhướng xoắn phải và hướng xoắn trái

a Hướng xoắn phải

b Hướng xoắn trái

Góc xoắn βm≠ 0 Góc xoắn βm= 0

Hình 1.4 Các hướng xoắn

1.2 Ưu điểm và nhược điểm, phạm vi sử dụng bộ truyền

a Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

- Đảm bảo độ chính xác truyền động (v, i) vì không có sự trượt

- Tỉ số truyền không đổi

- Hiệu suất cao 0,97 – 0,99

- Có thể làm việc với vận tố lớn, công suất lớn

- Có tuổi thọ và độ tin cậy cao

- Bộ truyền bánh răng cong làm việc êm

b Nhược điểm:

- Có tiếng ồn khi vận tốc lớn

- Không có khả năng tự bảo vệ an toàn khi quá tải

- Không thực hiện được truyền động vô cấp

- Đòi hỏi độ chính xác cao trong chế tạo (chế tạo tương đối phức tạp) và lắpráp

- Chịu va đập kém vì độ cứng của bộ truyền khá cao

c Phạm vi sử dụng:

Bộ truyền bánh răng côn răng cong được sử dụng trong hầu hết các thiết bị

cơ khí chịu tải trọng và công suất lớn Trong đó bộ tuyền bánh răng thân khai được

sử dụng rộng rãi nhất, các bộ truyền còn lại phụ thuộc vào kết cấu máy

a Trong máy may công nghiệpNguồn: Từ máy may KLD700A

b Trong động cơ ô Tô

Nguồn: https://www.google.com.vn/

c Trong cơ cấu truyền động bánh sauNguồn: https://www.google.com.vn/Hình 1.5 Ứng dụng bánh răng côn cong

1.3 Những khó khăn, hạn chế khi gia công bộ truyền trên máy truyền thống hiện nay

Trong ngành chế tạo máy, truyền động bánh răng chiếm một vị trí quan trọng.Bánh răng là những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnhhưởng đến chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy

Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt gọt kim loại phức tạp nhất, ngoài sựhiểu biết sâu sắc về lý thuyết ăn khớp bánh răng còn có khả năng tính toán cácthông số hình học của bánh răng, phân tích và biết cách điều chỉnh máy hợp lý.Trong gia công cắt gọt các bề mặt phức tạp, đặc biệt là gia công bánh răng côncong dạng cung tròn Ta sử dụng trung tâm gia công CNC kết hợp với phần mềmgia công Pro/e nhằm nâng cao năng suất, hiệu quả kinh tế và độ chính xác gia côngbánh răng

Khi gia công bộ truyền trên máy truyền thống ta nhận thấy còn nhiều mặt hạnchế và bất cập Thiết bị còn hạn chế, thao tác trên máy gặp khó khăn trong lúc điềuchỉnh máy và tốn công sức, thời gian, mức độ an toàn chưa được đảm bảo Về mặt

kỹ thuật chưa đảm bảo chất lượng bề mặt răng và độ chính xác cao nhất đạt đượccấp chính xác 6÷8 Khi gia công bằng phương pháp cắt răng một khía độ chính xácchỉ đạt cấp chính xác 8÷9 và được dùng trong sản xuất loạt nhỏ Trong khi cắt răngbằng phương pháp bao hình và chép hình và đây là một trong hai phương pháp cóphần cải thiện chất lượng bề mặt nhờ cơ cấu bao hình mà lượng dư theo chiều dàykhông thay đổi do đó độ chính xác tăng lên 10-20% Một trong những khó khăn vềmặt kỹ thuật nói trên các phương pháp gia công bộ truyền bánh răng côn cong dạngcung tròn còn có phương pháp gia công tổ hợp cũng đạt cấp chính xác 7÷8 Ngoàinhững khó khăn về giải pháp công nghệ khi gia công trên máy truyền thống còn cónhững bất cập về trình độ tay nghề khác nhau trong điều chỉnh, điều khiển máy.Hiện nay do nhu cầu ngày càng tăng về mặt số lượng cũng như chất lượng của bộtruyền bánh răng côn cong dạng cung tròn nhằm đáp ứng trong ngành công nghiệp,

vận tải hàng hải, hàng không… thì việc gia công bộ truyền bánh răng côn congdạng cung tròn trên máy truyền thống gặp rất nhiều khó khăn về mặt cạnh tranh giá

cả, chất lượng, số lượng so với gia công trên các thiết bị hiện đại(Trung tâm giacông CNC)

Kết luận: Qua các kết quả nghiên cứu các phương pháp gia công bánh răng côn

cung tròn trên máy truyền thống, nhận thấy rằng gia công bộ truyền trên máytruyền thống đạt năng suất thấp, chất lượng bề mặt gia công không cao, giá thànhsản phẩm cao Hiện nay bộ truyền bánh răng côn răng cong được ứng dụng nhiềutrong các lĩnh vực hàng hải, vận tải đường bộ, vận tải hàng không do đó yêu cầu độchính xác của bộ truyền cần được cải thiện và tăng về mặt số lượng đồng thời giáthành sản phẩm có mức cạnh tranh Để đáp ứng yêu cầu đó nghiên cứu gia công bộtruyền bánh răng côn cong trên máy CNC có độ chính xác cao(sai lệch <0,001mm), năng suất tăng gấp 3 lần máy truyền thống Ngoài việc phục vụ pháttriển ngành công nghiệp còn có ý nghĩa quan trọng trong sự nghiệp giáo dục, phổcập và đào tạo thế hệ trẻ ngày càng tiếp cận các phương pháp gia công bằng cácloại máy điều khiển số Do đó việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền bánh răngcôn răng cong trên máy CNC là sự cần thiết trong sự nghiệp phát triển ngành cônghiện nay

1.4 Các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực gia công bánh răng côn cong trên thế giới và trong nước

1.4.1 Kết quả nghiên cứu về lĩnh vực gia công bánh răng côn cong trên thế giới

Theo những thông tin mới nhất cập nhật trên mạng, hiện nay trên thế giới ở một

số nước như Mỹ, Nhật Bản, Cộng hoà Liên bang Đức, Ấn Độ, Hàn Quốc, TrungQuốc,…việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong tập trung một sốhướng sau:

1 Mô phỏng 3D mặt răng của bánh răng côn cong;

2 Mô phỏng quá trình chế tạo 3D bánh răng côn cong;

3 Thiết kế tối ưu hoá bánh răng côn cong có răng cao dựa trên thuật toán di truyềnhọc;

4 Thiết kế và mô phỏng sai số truyền động hình học bánh răng côn cong;

5 Mô hình hoá và mô phỏng các thông số 3D nhờ phần mềm Pro/eng;

6 Mô phỏng lưới tải trọng và thử quan hệ động lực học bánh răng côn cong cóchiều cao răng dài;

7 Mô hình hoá CAD 3D bánh răng côn cong hệ Gleason khi cắt răng thực tế;

8 Nghiên cứu chế tạo bánh răng côn cong bằng CNC;

9 Nghiên cứu điều khiển số chế tạo bánh răng côn cong trên trung tâm gia công;

10 Lựa chọn tự động thông số truyền động của bánh răng côn cong và Hypoid;

11 Phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu độ bền bánh răng côn cong;

12 Phân tích đáp tuyến điều hoà trục chính máy mài lắp bánh răng côn cong;

13 Nghiên cứu bánh răng côn cong được chế tạo bằng trung tâm gia công Dướiđây là một số hình ảnh thiết bị và sản phẩm bánh răng được sản xuất trên thế giới

a Gia công bánh răng côn cong trên máy truyền thống

b Gia công bánh răng côn cong trên máy CNCHình 1.6 Phương pháp gia công trên thế giới hiện nay

Nguồn: https://www.google.com.vn/

1.4.2 Kết quả nghiên cứu về lĩnh vực gia bánh răng côn cong trong nước

Hiện nay ở nước ta trong giai đoạn phát triển công nghiệp hóa và hiện đạihóa đất nước đã ưu tiên nhiều lĩnh vực phát triển trong các công nghiệp Đặc biệttrong ngành công nghiệp nhẹ các loại máy móc thiết bị được sử dụng bộ truyềnbánh răng côn cong dạng công tròn ngày càng tăng Trong ngành công nghiệp nặngcác thiết bị giao thông vận tải, thiết bị khai thác mỏ, thiết bị quân sự, trong côngnghiệp ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, v.v ), vì bộ truyền bánh răng côn cong dạng cungtròn có rất nhiều ưu điểm trong truyền động như khả năng tải lớn, độ bền và tuổithọ cao, làm việc êm ngay cả ở tỷ số truyền động lớn, đảm bảo truyền động với tỷ

số truyền chính xác, cho phép có sai số lớn trong lắp ráp, giảm kích thước của bộtruyền Vì vậy tiềm năng đáp ứng và nhu cầu sử dụng bộ truyền bánh răng côncong rất lớn Hiện nay đa phần chúng ta đã gia công được bộ truyền bánh răng côn

cong dạng cung tròn trên máy truyền thống Tuy nhiên công nghệ nhiệt luyện vẫn

chế tạo thép làm bánh răng côn xoắn” của Trung tâm nghiên cứu chuyển dao công

nghệ công ty cổ phần đầu tư chuyển giao worldtech là phù hợp điều kiện sản xuấttrong ngành vật liệu làm bánh răng côn cong hiện nay Ngoài việc nghiên cứu côngnghệ vật liệu, trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhu cầu đòi hỏi bộ truyền có độ chínhxác cao, tải trọng lớn Tuy nhiên trong vấn đề nghiên cứu tính toán thiết kế và chế

tạo, lập quy trình công nghệ cũng chưa thực sự hoàn chỉnh Vì vậy “ Nghiên cứu,

khảo sát, thiết kế bánh răng côn cong trong công nghiệp” KS Đào Duy Trung góp

phần làm tăng độ chính xác, độ bền của bộ truyền Khó khăn nhất hiện nay khi chếtạo bộ truyền bánh răng côn cong trên máy truyền thống, người ta vẫn quan tâmnhiều nhất về vấn đề chất lượng bề mặt Mặc dù bộ truyền bánh răng côn cong cónhiều nhiều ưu điểm nhưng việc gia công tạo hình, chế tạo và nâng cao chất lượng

bề mặt rất phức tạp đòi hỏi nghiên cứu đầy đủ về kiến thức mới có thể đảm bảođược thiết kế và chế tạo bộ truyền đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong sự pháttriển của ngành công nghiệp nhẹ cũng như trong ngành công nghiệp nặng, vì vậykết quả đạt được trong 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” ThS.Trịnh

Thanh Thiên là một giải pháp làm tăng độ bền của bộ truyền hiện nay Ngoài cáckết quả đạt được trong chiều hướng nghiên cứu trên còn có những giải pháp làmtăng chất lượng bề mặt của bộ truyền thông qua việc thay đổi vật liệu dụng cụ cắt.Hướng nghiên cứu này giúp chúng ta tối ưu hóa được vật liệu làm dụng cụ cắt phù

hợp với từng nguyên công gia công bộ truyền Đề tài “Nâng cao chất lượng đầu dao cắt bánh răng côn xoắn bằng phương pháp hóa nhiệt luyện, phun phủ bề mặt”.

ThS Hoàng Văn Huynh Trước đây, việc đầu tư chiều sâu cho công nghiệp sảnxuất bánh răng, đặc biệt là gia công bánh răng côn răng cong còn bị hạn chế cả vềnghiên cứu cũng như chế tạo sản phẩm Sản xuất bánh răng côn răng cong ở trong

nước mới chỉ dừng lại ở mức sản xuất đơn chiếc, gia công trên máy truyền thống vàmang tính chất chế tạo phụ tùng thay thế dựa trên các thế hệ máy cũ của Liên xô 9(cũ) và Cộng hoà Dân chủ Đức đặc biệt còn chưa áp dụng các phần mềm chuyêndụng cho khâu tính toán, thiết kế, điều chỉnh tự động theo chương trình máy cắtrăng Điều đó làm cho chất lượng sản phẩm bánh răng côn răng cong thấp, giáthành cao và không đáp ứng được nhu cầu của sản xuất cũng như thị trường đòihỏi Trong khi đó trên thế giới việc gia công bánh răng đã được ứng dụng các côngnghệ mới, tiên tiến, như việc: tính toán thiết kế bằng các phần mềm chuyên dụngcho thiết kế bánh răng, gia công trên máy CNC, Việc nghiên cứu triển khai đề tài

“Mô phỏng quá trình gia công bánh răng côn cong dạng cung tròn gleason trên máy tính” PGS.TS.Phạm Đăng Phước – T.S Lưu Đức Bình làm tiền đề cho hướng

nghiên cứu ứng dụng lập trình gia công bánh răng côn cong bằng phần mềm Pro/e Qua việc khảo sát thực tế hiện nay, tại Việt Nam một số cơ sở thiết kế, chế tạobánh răng côn cong, như sau:

- Trung tâm Kỹ thuật Cơ khí chính xác, khoa Cơ khí- Đại học Bách khoa Hà Nội;

- Viện Cơ khí chính xác, khoa Cơ khí- Đại học Bách khoa Đà Nẵng

- Trung Tâm gia công chính xác CNC-Long Biên- Hà Nội

- Xí nghiệp cơ khí Z29, nhà máy cơ khí chính xác 11, Tổng cục Công nghiệp Quốcphòng - Bộ Quốc phòng;

- Công ty Cổ phần Cơ khí Hồng Lĩnh- Đại Mỗ- Hà Nội;

- Công ty Cơ khí Công Nghiệp Hà Tây;

- Cơ khí Trung tâm Cẩm Phả

Tuy nhiên, tại các cơ sở trên hiện nay trong quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết

kế và chế tạo còn nhiều hạn chế chưa thực sự hoàn chỉnh, quy trình công nghệ chếtạo, việc tính toán các thông số, đặc biệt các thông số hình học ( cho dao cắt vàbánh răng ) và tính độ bền chưa được quan tâm đúng mức, chưa xây dựng phầnmềm cho tính toán, thiết kế, phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng còn thấp và

chưa phù hợp với tiêu chuẩn, các thiết bị nhiệt luyện tại các cơ sở chưa đầy đủ vàđồng bộ, chưa có thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng Bánh răng chế tạo ra có độchính xác và độ ổn định chưa cao

Thực trạng hiện nay xí nghiệp cơ khí chính xác Z29, thuộc nhà máy Z111,Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng là đơn vị chuyên sản xuất các mặt hàng cơ khícho ngành quốc phòng, trong đó có thiết kế, chế tạo các bánh răng côn cong đượcđầu tư các thiết bị gia công của Liên xô (cũ), từ gia công cắt thô đến cắt tinh vàchạy rà từng đôi một Đặc biệt cơ sở này còn được trang bị dây chuyền nhiệt luyện(thấm than thể khí, tôi trung tần, ủ, ) bánh răng sau khi gia công cơ khí Các bộtruyền bánh răng chế tạo của công ty được dùng để thay thế cho các cặp bánh răngcôn cong có môđun và số răng khá lớn, dùng cho ôtô và các thiết bị trong côngnghiệp khai thác than và khoáng sản Vật liệu chế tạo các cặp bánh răng của xínghiệp được nhập chủ yếu từ Cộng hoà Liên bang Nga, Nhật Bản và Trung Quốc

Xí nghiệp không có thiết bị kiểm tra độ chính xác chế tạo bánh răng

Trung tâm Kỹ thuật cơ khí chính xác, Khoa Cơ khí - Đại học Bách khoa Hà Nộiđược trang bị các thiết bị gia công bánh răng côn cong của Nga đã được tin học vàCNC hoá, chế tạo các cặp bánh răng thay thế phụ tùng cho các máy móc côngnghiệp trong ngành ôtô, thiết bị hoá chất, thực phẩm, công nghiệp chế biến nôngsản

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN CONG DẠNG CUNG TRÒN TRÊN MÁY CNC2.1 Thông số hình học của bộ truyền bánh răng côn cong dạng cung tròn

Các thông số chính của bánh răng côn được xác định ở tiết diện của răng bằngmặt phẳng côn phụ trợ có tâm trùng với tâm của bánh răng côn và các đường sinhvuông góc với các đường sinh của mặt côn chia

Các mặt côn có cùng đỉnh O gọi là côn đỉnh và côn đáy Các góc giữa cácđường sinh mặt côn và tâm bánh răng gọi là góc đỉnh φe và góc đáy φi Các gócgiới hạn đầu răng và chân răng gọi là các góc đỉnh răng θa và các góc chân răng θf.Góc giữa đường sinh của mặt côn phụ trợ và đường tâm bánh răng gọi là góc cônphụ ω Góc giữa đường sinh và đường tâm của mặt côn chia gọi là góc côn chia δ1,δ2 Góc δ giữa các đường tâm của các bánh răng gọi là góc tâm (10o ÷ 170o) Cặpbánh răng côn có góc δ = 90o được sử dụng rộng rãi nhất trong chế tạo máy

Hình 2.1 Thông số của bộ truyền bánh răng côn cong

Hình 2.2 Các thông số theo hướng cắt dọc trục

Hình 2.3 Các thông số theo vị trí ăn khớpBảng 2.1.Thông số chính của bánh răng côn răng cong (không dịch chỉnh)

hiệu Công thức

Bộ truyềnBánhnhỏ

Bánhlớn

sin (

tan

1 2 1

11 Chiều cao đầu răng ha1

390 0

2 1

1 2





z z m

3,675

1,425

3,675

1,425

14 Góc côn đầu răng, góc

côn chân răng

θa1θa2

θf2θf1

1°46´

0°49´

0°49´1°46´

2 1

2 2

1 12

z

2.2 Độ chính xác của bộ truyền bánh răng côn cung tròn

Độ chính xác của bánh răng côn công với các môđun m =1÷ 30mm và đườngkính vòng chia ≤ 2000 mm được đánh giá theo tiêu chuẩn Nhà nước TCVN Theotiêu chuẩn này độ chính xác của bánh răng côn chia ra 12 cấp chính xác khác nhau

từ 1 ÷12, trong đó cấp 1 là chính xác nhất, cấp 12 là kém chính xác nhất Tuy nhiênviệc chế tạo bánh răng côn cong có độ chính xác cao khó hơn so với bánh răng trụcho nên độ chính xác của bánh răng côn cong chỉ được quy định cho các cấp chínhxác từ 5 tới 11

Mỗi cấp chính xác của bánh răng côn cũng chứa 4 dạng tiêu chuẩn:

- Độ chính xác động học:

Độ chính xác này được đánh giá bằng sai số góc quay của bánh răng sau một vòng.Sai số này là do sai số của hệ thống công nghệ gây ra

Chỉ tiêu tổng hợp của độ chính xác động học của bánh răng côn cong là sai

số động học của bánh răng ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:F∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:

- Sai số tích lũy bước vòng ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:t∑

- Độ đảo vành răng eo

- Sai số bao hình ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:φ∑

- Dao động khe hở mặt bên ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:oCu

- Dao động góc tâm ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:oφu

Độ chính xác này rất quan trọng đối với các truyền động có tính đến góc quay như truyền động phân độ của các máy cắt răng hoặc các cơ cấu đo đếm

- Độ ổn định khi làm việc:

Độ ổn định khi làm việc được đánh giá bằng sai số chu kỳ tức là giá trị trungbình của sai số truyền động bằng tỷ số giữa sai lệch lớn nhất và số răng bánh răng.Chỉ tiêu tổng hợp của độ ổn định khi làm việc là sai số chu kỳ ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:F

Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:

- Sai số bước vòng ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:tc

- Sai số của hiệu các bước vòng ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:t

- Dao động góc tâm trên một răng ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:γφu

- Độ ổn định khi làm việc đặc trưng cho độ ổn định của tốc độ quay của bộtruyền động trong một vòng quay của bánh răng Dao động của tốc độ quay sẽ gây

ra tải trọng động, rung động và tiếng ồn của bộ truyền

Độ chính xác này rất quan trọng đối với bộ truyền lực làm việc với tốc độ lớn

- Độ chính xác tiếp xúc:

Độ chính xác tiếp xúc được đánh giá bằng vết tiếp xúc (diện tích và hình dáng)của prôfin răng theo chiều dài, chiều cao và được biểu diễn bằng % Các thànhphần của chỉ tiêu này bao gồm:

- Độ không giao nhau giữa các đường tâm ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:a

- Lượng xê dịch của đỉnh côn chia ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:K.

Độ chính xác tiếp xúc ảnh hưởng đến mức độ tập trung tải trọng trên các vùngkhác nhau của bề mặt răng, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của bộ truyền

Độ chính xác này rất quan trọng đối với các bộ truyền có tải trọng lớn và tốc

độ thấp

Theo phân tích vết tiếp xúc của Γ thì kiểm soát các tham số, càng nhiều càng tốttương ứng với các dạng tiếp xúc đã định trước Dựa trên kết quả phân tích tổng hợplại, tối ưu hóa các vết tiếp xúc trên mặt răng Sử dụng phương pháp này có thể dựđoán được vị trí điểm tâm bánh răng và trạng thái tiếp xúc bậc 2, từ đó giữ chúng

cố định trong quá trình tổng hợp tối ưu

Phân loại các dạng sai lệch của vết tiếp xúc để làm cơ sở cho việc lựa chọnphương án hiệu chỉnh Ứng với mỗi dạng sai lệch của vết để đưa ra phương án hiệuchỉnh phù hợp vết tiếp xúc trên bề mặt răng

Vết tiếp xúc của bánh răng côn răng cong phải đạt 80-85% trên mặt răng

a. vết tiếp xúc tốt nhất 80-85% b vết tiếp xúc xấu nhất

Hình 2.4 Các dang vết tiếp xúcKết quả đạt được:

a Vết tiếp xúc đạt dưới 60%

Do bộ gá lắp được thiết kế chưa chính xác ban đầu bộ truyền chỉ tiếp xúc dưới60%, sau khi kiểm tra cân chỉnh đảm bảo độ vuông góc giữa hai trục, độ lệchHypoid, đảm bảo khe hở chân răng của bộ gá lắp ta được vết tiếp theo yêu cầu 80-85%

b Vết tiếp xúc đạt yêu cầu 80-85%

Hình 2.5 Kiểm tra độ chính xác bộ truyền qua vết tiếp xúc

- Độ chính xác khe hở mặt bên:

Khe hở mặt bên là khe hở giữa các cạnh răng trong bộ truyền (bánh răng cànglớn thì khe hở mặt bên càng lớn).

Chỉ tiêu tổng hợp của khe hở mặt bên là lượng mỏng của răng ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:S

Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm;

- Sai số giới hạn của góc tâm ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:φu

- Sai số góc tâm ΔF∑ Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:φn

Khe hở mặt bên được xác định không phải bằng mức độ chính xác của bộtruyền mà bằng công dụng và điều kiện sử dụng của nó Đối với các điều kiện sửdụng của bộ truyền, trước hết phải kể đến điều kiện nhiệt độ khi làm việc và độ antoàn cho bộ truyền Ví dụ, với các bộ truyền có tính đến góc quay cần có khe hởmặt bên nhỏ, còn với các bánh răng trong các turbin tốc độ cao lại cần có khe hởmặt bên lớn

Xuất phát từ đó, người ta quy định 4 cấp khe hở mặt bên của bộ truyền nhưsau:

+ Khe hở bằng 0

+ Khe hở nhỏ

+ Khe hở trung bình

+ Khe hở lớn

Trong đó, bộ truyền có khe hở trung bình được sử dụng rộng rãi nhất

2.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn cong cung tròn trong Inventor

Để đảm bảo tính hiệu quả việc thiết kế và lập trình gia công bộ truyền mộtcách chính xác và ít tốn thời gian nhất Chọn phương án kết hợp giữa việc thiết kế

và gia công, thiết kế bộ truyền bằng phần mềm Inventor và lập trình gia công bằngphần mềm Pro-Creo 3.0

Thiết kế bộ truyền bánh răng côn răng cong bằng phần mềm Inventor

Từ giả thiết ( Z1 =18, Z2= 90, m=3, βm= 35, ∑=900) ta có các bước thiết kế

Bước 1: Dùng file định dạng thiết kế →Assembly→standard→design→Bevel gear

Bước 2: Dùng menu design thiết kế theo giả thiết ban đầu

Hình 2.6 Kết quả thiết kế bộ truyền

Bước 3: Thao tác hiệu chỉnh hoàn thiện bộ truyền

Hình 2.7 Thiết kế hoàn thiện bộ truyền

- Việc chọn vật liệu để chế tạo bánh răng côn cong phụ thuộc vào điều kiệnlàm việc của chúng Mỗi loại vật liệu đều thỏa mãn những yêu cầu riêng, đặc biệt làdùng cho chế tạo ôtô, máy kéo, máy bay, các máy công cụ

- Trước đây thép để chế tạo bánh răng côn răng cong ở nước ta đều phải nhậpngoại Loại thép này được nhập từ Nga( theo tiêu chuẩn ΓOCT5781), từ TrungQuốc( theo tiêu chuẩn GB 3077-88), từ Pháp( theo tiêu chuẩn NF A 35-556) Các ngành công nghiệp nước ta đang trong giai đoạn phát triển, đăc biệt ngành

cơ khí chế tạo, do đó việc sản xuất các loại bánh răng côn răng cong là rất cần thiết

- Các bánh răng truyền lực thường được chế tạo bằng thép hợp kim Crôm như5Cr, 15CrA, 20CrA, 40Cr, 45Cr; Crôm - Niken và Crôm - Môlipden như 40CrNi,35CrMoA, 18CrMnTi, 20CrNi3A

- Các bánh răng chịu tải trọng trung bình và nhỏ được chế tạo bằng thép C chấtlượng tốt như C40, C45 và gang

- Các bánh răng làm việc với tốc độ cao mà không gây tiếng ồn được làm từchất dẻo, vải ép, da ép.

- Với tiến bộ của ngành luyện kim, ngày nay người ta có thể chế tạo bánh răng

từ vật liệu kim loại bột

3.2 Chế độ nhiệt luyện

Tùy theo chế độ làm việc có thể chia bánh răng thép ra 2 nhóm chính:

3.2.1 Nhóm bánh răng chịu tải thường

Các bánh răng quay với tốc độ chậm, chịu tải trọng không lớn thường đượclàm bằng thép hóa tốt, các bánh răng hộp số của máy cắt gọt thông thường thuộcnhóm này Các thép hóa tốt để làm bánh răng thường là 40, 45, 40Cr đôi khi40CrNi Để bảo đảm độ bền cao, khả năng chịu va đập của lõi, thép được nhiệtluyện hóa tốt còn mặt răng cần độ cứng và tính chống mài mòn cao qua tôi cảmứng Đặc điểm của tôi cảm ứng bánh răng là khó đạt được lớp tôi cứng phân bố đềutheo chu vi răng

Hình 3.1 Phân bố lớp tôi và lớp chuyển tiếp khi nunga) m<2.0; b) m<2,0~2,5; c) m< 2,5~ 4,0 ; d) m>4,0( trong hình vẽ các chỉ số độcứng HRC)

Khi môđun răng m < 6 (loại răng nhỏ) rất khó đạt được nung đều bề mặt theochu vi, bởi vì vòng cảm ứng không thể uốn lượn theo chu vi của từng răng, do vậysau khi tôi lớp cứng có hình dạng khác nhau Với môđun quá nhỏ (m < 2) khôngnhững toàn bộ răng mà cả lớp dày dưới chân răng cũng được tôi cứng (hình 3.1a),với các môđun lớn hơn (m = 2,0~ 4,0) lớp tôi dần dần mỏng lại so với tiết diện răng(hình 3.1.b và c) nhưng chân răng vẫn được tôi cứng Khi môđun răng lớn hơn 4,hầu như toàn bộ răng được tôi, nhưng chân răng không được tôi (hình 3.1d) Vớicác bánh răng có răng nhỏ, để đạt lớp tôi mỏng phải dùng máy phát dòng tần số caotrong khoảng 70~ 250kHz với vòng cảm ứng dạng tròn.

Các bánh răng có môđun lớn (m > 6~ 8) không thể dùng cách nung đồng thờicác răng, lúc đó phải dùng cách nung theo các mặt làm việc (hai bên mặt răng haymá) do đó nâng cao được tính chống mài mòn Nung nóng đồng thời hai mặt làmviệc của cùng một răng chỉ nâng cao độ cứng của hai mặt bên của răng, còn độcứng chân răng không thay đổi, do đó không nâng cao được độ bền mỏi chân răng.Các bánh răng tôi theo kiểu này thường bị nứt chân răng khi làm việc Nung nóngđồng thời hai mặt làm việc giáp nhau của hai răng kề nhau bằng cách đặt vòng cảmứng vào rãnh răng, như vậy cả mặt làm việc lẫn chân răng cũng đều được tôi cứng Bảng 3.1 Chọn chiều sâu lớp thấm cacbon theo môđun răng

Tỷ số chiều dàylớp thấm với nữachiều dày

Tỷ số chiều sâulớp thấm vớimôđun