Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng gleason và lập trình tính toán mặt hông răng

Để có được một sản phẩm đạt chất lượng cao nhất, đáp ứng nhu cầu thị trường thì chúng ta cần phải đi sâu nghiên cứu lý thuyết tạo hình, tính toán lập trình mô phỏng bề mặt hông răng trên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- DƯƠNG THÁI SƠN

Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng Gleason và lập

trình tính toán mặt hông răng

Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi nền công nghiệp nước nhà ngày càng phát triển đặc biệt là ngành công nghệ chế tạo máy thì việc sử dụng bánh răng côn xoắn ngày càng phổ biến

Bánh răng côn xoắn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nhưng chủ yếu là công nghiệp sản xuất ô tô, tàu hỏa, thiết bị mỏ và các thiết bị hàng không Do vậy mà bánh răng côn xoắn ngày càng được đặc biệt quan tâm do chúng có nhiều ưu việt mà các bộ truyền khác không có Lý thuyết tạo hình, công nghệ chế tạo bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòi hỏi phải được đi sâu nghiên cứu mới có thể đảm bảo thiết kế và chế tạo đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của nền khoa học kỹ thuật

Trước tình hình đó, bản luận văn tập trung nghiên cứu một lĩnh vực tạo hình bánh răng côn xoăn Gleason và ứng dụng phép toán ten xơ quay để viết phương trình mặt hông răng Từ đó làm tiền đề cho việc mô phỏng mặt hông răng trên máy tính cũng như cho phép tính toán kích thước vùng tiếp xúc, xử lý kết quả, đưa ra lời khuyên về các thông số điều chỉnh máy và dụng cụ để đạt được vùng tiếp xúc yêu cầu

Do thời gian và lượng thông tin còn hạn chế nên bản luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy phản biện

và các thầy trong hội đồng

Xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn GS.TSKH Bành Tiến Long đã chỉ bảo sát sao để bản luận văn được hoàn thành

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1 

MỤC LỤC 2 

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN .7 

MỞ ĐẦU 9 

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH BÁNH RẰNG CÔN XOẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 11 

1.1 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ TẠO HÌNH .11 

1.1.1 Tạo hình .11 

1.1.2 Sơ đồ động học gia công cơ bản .11 

1.1.3 Sơ đồ động học tạo hình bề mặt chi tiết .12 

1.1.4 Bề mặt khởi thủy trong tạo hình 12 

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG 13 

1.2.1 Phương pháp giải tích 13 

1.2.2 Phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng .14 

1.2.3 Phương pháp phân tích vết tiếp xúc của Wang và Ghosh 17 

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT BÁNH RĂNG CÔN TRONG NƯỚC .18 

1.4 KẾT LUẬN .20 

Chương 2: TẠO HÌNH BỀ MẶT BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON 22 

2.1 TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG 22 

2.1.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn xoắn hệ Gleason .22 

2.1.2 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg 25 

2.1.3  Nguyên lý tạo hình bánh răng côn xoắn hệ Oerlicon .28 

2.1.4 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng cong .33 

2.2 PHƯƠNG TRÌNH BỀ MẶT BIÊN DẠNG RĂNG CỦA BÁNH 33 

RĂNG CÔNG RĂNG CONG HỆ GLEASON .33 

2.2.1 Các phương pháp cắt 34 

2.2.2 Cắt thô răng bánh răng công răng cong 36 

2.2.3 Cắt tinh răng bánh răng công răng cong 39 

2.2.4 Phương trình bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong hệ Gleason .40 

2.3 Lập trình tính toán tọa độ lưới bề mặt biên dạng răng lý thuyết của bánh răng côn răng cong hệ Gleason 55 

2.4 Kết luận: 61 

Chương 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC THÔNG SỐ BÁNH RĂNG, THÔNG SỐ MÁY VÀ ẢNH HƯỞNG MỘT SỐ YẾU TỐ TỚI CHẤT LƯỢNG BÁNH RĂNG CÔN XOẮN HỆ GLEASON .62 

3.1 THÔNG SỐ BÁNH RĂNG .62 

3.1.1 Đường kính đỉnh răng .62 

3.1.2 Góc côn đỉnh răng .62 

3.1.3 Góc côn chân răng 62 

3.2 THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH MÁY GIA CÔNG 63 

3.2.1 Góc lệch tâm .63 

3.2.2 Khoảng cách trục A 63 

3.2.3 Tỷ số truyền các cặp bánh răng bao hình .64 

3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ TỚI CHẤN LƯỢNG CỦA BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 64 

3.3.1 Ảnh hưởng của thông số hình học máy gia công đến chất lượng của bánh răng côn xoắn 64 

3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến chất lượng bánh răng côn xoắn 65  3.4 PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 66 

3.4.1. Kiểm tra chất lượng vết tiêp xúc của cặp bánh răng 66 

3.4.2 Thông qua độ đảo của vành răng trong quá trình ăn khớp 71 

3.4.3 Kiểm tra độ làm việc êm của bộ truyền 72 

3.4.4 Kiểm tra các thông số nhiệt luyện bánh răng .72 

3.5 KẾT LUẬN .72 

Chương 4 74 

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KHẢ NĂNG MỞ RỘNG PHÁT TRIỂN 74 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 

PHỤ LỤC: .78 

 

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

 

Hình 1-1: Hình dáng và kích thước vùng ăn khớp 15 

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Gleason .24 

Hình 2-2: Sơ đồ gá đặt phôi,dao,bánh dẹt sinh gia công bánh răng Gleason 24 

Hình 2-3: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelnberg .27 

Hình 2-4: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hê Oerlicon .30 

Hình 2-5 : Sơ đồ bố trí dao cắt răng Oerlicon 31 

Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý tạo hướng răng Oerlicon 32 

Hình 2-7 : Các phương pháp cắt răng 36 

Hình 2-8 : Các sơ đồ cắt răng côn cong 37 

Hình 2-9: Sơ đồ cắt bánh răng côn răng cong hệ Gleason 41 

Hình 2-10a: Sơ đồ thiết lập phường trình mặt sinh 42 

Hình 2-10b: Sơ đồ thiết lập phương trình mặt sinh .43 

Hình 2-11: Sơ đồ thiết lập đường ăn khớp 44 

Hình 2-12: Sơ đồ thiết lập ten xơ quay 48 

Hình 2-13: Quá trình hình thành mặt hông răng 51 

Hình 2-14: Hệ véc tơ xác định tọa độ điểm bề mặt hông răng 53 

Hình 2-15: Sơ đồ tính toán thông số máy .57 

Hình 2-16: Sơ đồ xác định thông số H, V, η 58 

Hình 2-17: Sơ đồ thuật toán tọa độ lưới biên dạng răng .59 

Hình 2-18: Lưới mặt hông răng bánh răng côn xoắn hệ Gleason .60   

 

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

- Khoảng cách các viết cắt

, , - Ten xơ quay quanh trục

CAD - Computer Aided Design

CAM - Computer Aided Manufacture

CNC - Computer Numerical Controller

D - Đường kính đầu dao

- Đường kính đỉnh trong, ngoài, đường kính chân trong, chân trong , chân ngoài bánh răng

- Véc tơ pháp tuyến

h - Chiều chiều cao toàn phần răng ở đường kính ngoài bánh răng

i - Tỷ số truyền

K - Số lưỡi cắt của đầu dao

- Véc tơ biểu diễn mặt hông răng

- Chiều dài côn chia

- Mô đun, mô đun mặt đầu

- Tốc độ đầu dao

- Tốc độ cắt gọt

- Thông số bề mặt của bánh răng côn xoắn

- Véc tơ từ gốc đến đỉnh côn sinh

- Số răng của các bánh răng

- Số răng của bánh dẹt sinh

- Góc ăn khớp

- Góc profin lưỡi cắt trong và lưỡi cắt ngoài của profin

- Góc xoắn

- Góc chân răng

- Góc côn chia của bánh răng côn xoắn

- Góc côn chân răng

- Sai số biên dạng bề mặt răng

- Lượng hiệu chỉnh góc áp lực

- Lượng hiệu chỉnh góc xoắn

- Lượng dịch chỉnh pháp tuyến

- Lượng dịch chỉnh tiếp tuyến

- Véc tơ từ đỉnh côn sinh đến điểm chọn trên lưỡi cắt

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bánh răng côn cong mặc dù là loại chi tiết có độ phức tạp, tuy nhiên vẫn được

sử dụng rộng rãi trong các thiết bị máy móc thuộc các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế như giao thông vận tải, thiết bị khai thác mỏ, thiết bị quân sự…v.v… Nguyên nhân là do bánh răng côn cong có các ưu điểm nổi bật sau:

- Khả năng tải lớn

- Độ nhậy nhỏ đối với sai số lắp ráp

- Tiếng ồn thấp

- Độ êm của sự ăn khớp cao

Do có những tính năng ưu việt trên nên người ta có xu hướng thay thế các loại bộ truyền bánh răng côn thẳng bằng các loại bộ truyền bánh răng côn răng cong Điều đó mở ra một thị trường có tiềm năng lớn, và sẽ được phát triển và nhất là khi công nghiệp sản xuất ô tô trong nước được hình thành Trước đây việc đầu tư chiều sâu cho công nghiệp sản xuất bánh răng đặc biệt là gia công bánh răng côn răng cong còn bị hạn chế cả về nghiên cứu cũng như chế tại sản phẩm Sản xuất bánh răng côn răng cong ở trong nước mới chỉ dừng lại ở mức sản xuất đơn chiếc, mang tính chất chế tại phụ tùng thay thế trên các thế hệ máy cũ của Nga và Đức Điều đó làm cho chất lượng sản phẩm bánh răng côn răng cong thấp, giá thành cao và không đáp ứng được nhu cầu của sản xuất cũng như thị rường đòi hỏi

Để có được một sản phẩm đạt chất lượng cao nhất, đáp ứng nhu cầu thị trường thì chúng ta cần phải đi sâu nghiên cứu lý thuyết tạo hình, tính toán lập trình

mô phỏng bề mặt hông răng trên máy tính là hết sức cấp bách để làm cơ sở khoa học cho quá trình triển khai công nghệ sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác truyền dẫn, sức bền, tuổi thọ, năng suất, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất của sản phẩm bánh răng công răng cong

2 Nội dung của luận văn

- Nghiên cứu tạo hình bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong hệ Gleason

- Lập trình tính bề mặt hông răng bánh răng Gleason

- Phân tích đánh giá thông số bánh răng, thông số máy và một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bánh răng

3 Những đóng góp mới của luận văn

Về mặt lý thuyết: Luận văn nghiên cứu sâu về bản chất của quá trình tạo hình bề mặt biên dạng bề mặt bánh răng côn hệ Gleason Ứng dụng ten xơ quay để thiết lập phương trình mặt hông răng, dựa trên cơ sở các công trình khoa học của các nhà khoa học đi trước Đó là điều cần thiết để đánh giá đúng được các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt biên dạng răng

Về mặt thực tiễn: Xây dựng chương trình tính toán tọa độ lưới bề mặt biên dạng răng để phục vụ cho công tác kiểm tra đánh giá sai số biên dạng răng của bánh răng côn hệ Gleason

4 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên cơ sở các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học đi trước như phương pháp giải tích và Ten xơ, luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu lý thuyết tạo hình

bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong hệ Gleason Từ đó tạo cơ sở lý luận cho các nội dung nghiên cứu tiếp theo

Sử dụng phương pháp giải tích, phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng, lý thuyết ten xơ quay, và công cụ tin học để nghiên cứu tạo hình bề mặt biên dạng răng và lập trình tính toán mặt hông răng cũng như các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lương bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH BÁNH RẰNG CÔN XOẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA VỀ TẠO HÌNH

1.1.1 Tạo hình

Là một quá trình hình thành bề mặt thực của những cặp đối tượng có mối quan hệ ràng buộc hay tự do và dựa trên dữ liệu đầu vào của đối tượng này sẽ tìm ra được dữ liệu đầu ra của đối tượng kia Thường đó là các bề mặt khởi thủy để xác định profile lưỡi cắt

Mối quan hệ động học ràng buộc hay tự do quyết định sơ đồ động học trong quá trình gia công hay sơ đồ động học tạo hình Động học gia công dùng sơ đồ động học để nghiên cứu chuyển động của dụng cụ và chi tiết trong mạch tạo hình

1.1.2 Sơ đồ động học gia công cơ bản

Sơ đồ động học gia công cơ bản được thiết lập trên cơ sở tổ hợp các chuyển động cơ bản tịnh tiến và quay Độ phức tạp của sơ đồ động học gia công phụ thuộc vào tổng số các chuyển động thành phần và tổ hợp của chúng Sơ đồ động học gia công cơ bản gồm các nhóm sau:

- Một chuyển động thẳng

- Một chuyển động quay

- Hai chuyển động thẳng

- Hai chuyển động quay

- Một chuyển động thẳng - một chuyển động quay

- Hai chuyển động thẳng - một chuyển động quay

- Một chuyển động thẳng - hai chuyển động quay

- Ba chuyển động quay

Trong tạo hình bề mặt trên máy phay CNC ta thấy còn có 2 nhóm:

- Ba chuyển động thẳng (trên máy đo 3 trục)

- Ba chuyển động thẳng và hai chuyển động quay

1.1.3 Sơ đồ động học tạo hình bề mặt chi tiết

Tập hợp tất cả các chuyển động của bề mặt định trước đối tượng cần tạo hình

mà các chuyển động đó cần để xác định bề mặt khởi thủy của vật thể đối tượng tạo hình gọi là sơ đồ động học tạo hình Tập hợp hợp tất cả các chuyển động của bề mặt tạo hình (dụng cụ) đối với dụng cụ (chi tiết) gọi là sơ đồ động học tạo hình khi cắt Đối với bề mặt định trước có thể tìm được nhiều phương án khác nhau của

sự tổ các chuyển động tạo hình cơ bản Hay nói cách khác là có thể tồn tại nhiều sơ

đồ động học tạo hình Việc chọn ra phương án thích hợp được nghiên cứu dựa vào mạch tạo hình

Đầu vào Liên kết động học Đầu ra

Bề mặt định trước Điều kiện tạo hình Bề mặt khởi thủy

Điều chỉnh liên kết

động học

1.1.4 Bề mặt khởi thủy trong tạo hình

Bề mặt khởi thủy của vật thể tạo hình là bề mặt tiếp tuyến với các các vị trí thứ tự liên tiếp do bề mặt định trước tạo nên Với giả thiết rằng vật thể tạo hình đứng yên và tất cả các chuyển động cần thiết để tạo hình bề mặt là do vật thể định thể định trước thực hiện

Đối với cặp động học dụng cụ - chi tiết: Bề mặt khởi thủy của dụng cụ là bề mặt tiếp tuyến với các vị trí thứ tự liên tiếp do bề mặt chi tiết tạo nên Với giả thiết dụng cụ đướng yên và mọi chuyển động để gia công chi tiết là do chi tiết thực hiện Khi có bề mặt khởi thủy, thì xácđịnh được profin lưỡi cắt của dụng cụ

Bề mặt khởi thủy của dụng cụ chính là mặt bao của họ bề mặt chi tiết chuyển động tương đối so với dụng cụ Từ đó việc xác định bề mặt khởi thủy của dụng cụ quy về việc xác định bề mặt bao của họ bề mặt chi tiết Để thực hiện được công việc

này có thể dùng phương pháp đồ thị hoặc giải tích

Trên thế giới và trong nước đã có nhiều nhà khoa học đã có các công trình nghiên cứu và thiết kế tính toán hiệu chỉnh máy để gia công bánh răng côn răng công Các công trình này đã dựa trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu tạo hình bề mặt để xác định các tham số ảnh hưởng đến chất lượng bánh răng gia công

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TẠO HÌNH

BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG

Nhiều nghiên cứu quá trình tạo hình mặt hông răng bánh răng côn xoắn đã công bố cho thấy các tác giả sử dụng một số phương pháp chủ yếu để nghiên cứu đó

là giải tích, phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng, phương pháp vết tiếp xúc

1.2.1 Phương pháp giải tích

Người đầu tiên phải kể đến là nhà khoa học người Mỹ Wikdhaberg, người

đã đặt nền tảng của lý thuyết ăng khớp không gian dựa trên các công cụ toán học là giải tích cổ điển Tiếp sau đó tác giả T.Olivienr đã ứng dụng hình học để đưa ra lý thuyết chung để tạo ra biên dạng răng , theo đó hai biên dạng răng đối tiếp sẽ tiếp xúc với nhau theo đường hoặc điểm Do phương pháp hình học còn có nhiều hạn chế , sau đó Ҳ.Π.Γ đã phát triển lý thuyết ăn khớp giải tích để nghiên cứu quá trình hình thành bề mặt biên dạng răng bánh răng côn răng cong Theo lý thuyết

ăn khớp giải tích thì bề mặt ăn khớp được xác định như là vị trí hình học của đường tiếp xúc bề mặt răng trong hệ tọa độ cố định Về sau này phương pháp giải tích còn được nhiều tác giả khác tiếp tục nghiên cứu

Các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học đã đưa ra một lý thuyết ăng khớp không gian tổng quát nhất đó là:

Tại điểm tiếp xúc của hai bề mặt đối tiếp ăn khớp với nhau trong không gian thì véc tơ chuyển động tương đối của hai bề mặt đó phải vuông góc với véc tơ pháp tuyến của từng bề mặt đối tiếp

Công trình nghiên cứu của Φ Л ЛиΤΒин đã phát triển lý thuyết của các nhà khoa học đi trước, từ đó xây dựng một phương pháp mới ứng dụng giải tích véc tơ cho các công việc sau:

- Lập phương trình biên dạng của bánh răng dẹt sinh gia công bánh răng

- Lập phương trình biên dạng của bánh răng dẹt sinh gia công bánh răng

- Giải phương trình ăn khớp giữa bánh răng và bánh răng

- Xác định các thông số điều chỉnh máy và dụng cụ

1.2.2 Phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng

Để đáp ứng nhanh chóng và thuận tiện cho quá trình thiết kế chế tạo bánh răng côn cong thì một số nhà khoa học đã đưa ra một số hướng nghiên cứu mới đó

là phương pháp tính bộ truyền gần đúng Bộ truyền ăn khớp gần đúng có nhiều ưu việt hơn so với bộ truyền ăn khớp đúng trong công nghệ chế tạo cũng như vận hành

sử dụng Vì vậy ngay cả trong một số tính toán thiết kế bộ truyền ăn khớp đúng cũng sử dụng phương pháp tính gần đúng

Phương pháp tính toán bộ truyền ăn khớp gần đúng được nhiều tác giả sử dụng để tính toán bộ truyền bánh răng côn cong Tác giả đi đầu trong phương pháp này đó là: B.H.Ke p K.M Trong đó phương pháp này các tác giả đã giải quyết bài toán để đạt được mục đích: Biên dạng răng của bánh răng côn cong có khả năng chịu tải cao, độ ồn thấp khi làm việc, độ nhậy nhỏ với sai số lắp ráp và đặc biệt là vết tiếp xúc không được thay đổi trong quá trình làm việc Dựa theo mục đích trên các tác giả đã đưa ra hai hệ số : hệ số phủ frofin, : hệ số phủ dọc trục của biên dạng răng để đánh gia tỷ lệ diện tích trên toàn bộ diện tích bề mặt biên dạng răng Ngoài ra các tác giả cũng chỉ ra diên tích vùng tiếp xúc đúng khi tải trọng toàn phần có dạng elíp, với trục lớn của elíp nằm trên đường trung bình của biên dạng răng theo chiều dài trục nhỏ của elíp nằm trên đường trung bình của biên dạng răng theo chiều cao

Để điều chỉnh diện tích và vị trí của vùng tiếp xúc của hai bề mặt biên dạng răng ăn khớp đối tiếp, các tác giả đã đưa ra một số thông số ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình biên dạng răng ( , , , ) Từ đó các tác giả chỉ ra phương pháp hiệu chỉnh bao hình trên máy để đạt được hình dạng, kích thước , vị trí của vùng tiếp xúc Đồng thời loại trừ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăng khớp đúng của bộ truyền

Hệ số phủ profin và hệ số phủ dọc trục đánh giá tỷ lệ diện tích tiếp xúc so với diện tích toàn bộ mặt răng, vùng tiếp xúc đúng khi tải trọng phân bố có dạng elíp, trục lớn của elíp có chiều dài bằng chiều rộng vành răng B, trục nhỏ của elíp có kích thước bằng chiều dài đường ăn khớp (hình vẽ)

Hình 1-1: Hình dáng và kích thước vùng ăn khớp

Hình dạng và kích thước của vùng tiếp xúc trên thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của

bộ truyền bánh răng côn xoắn Sự thay đổi này có các nguyên nhân cơ bản sau: 1) Sư thay đổi vị trí tương đối giữa bánh răng được cắt trên máy so với vị trí của bánh dẹt sinh

2) Sự không trùng bề mặt chia của bánh dẹt sinh so với bánh răng được cắt trong quá trình chuyển động tương đối khi cắt

3) Độ chính xác đường răng của bánh dẹt sinh cũng là nguyên nhân gây ra sự thay đổi profin của bánh răng được cắt

Phân tích các nguyên nhân cho thấy nguyên nhân 1) và 2) là cơ sở cho phép có thể điều khiển được vết tiếp xúc khi cắt

Đường răng của bánh dẹt sinh có góc xoắn thay đổi so với vị trí trung bình của đường răng và góc áp lực của bánh dẹt sinh cũng thay đổi tùy thuộc vào góc côn chia của bánh dẹt sinh Bánh dẹt sinh có đỉnh phẳng thì góc áp lực không thay đổi trên profin răng, bánh dẹt sinh có đỉnh côn thì góc áp lực thay đổi trên

profin răng

Trên cơ sở phân tích các thông số ảnh hưởng, các tác giả đã chỉ ra phương pháp hiểu chỉnh bao hình trên máy để đạt được hình dạng, kích thước, vị trí của vùng tiếp xúc, đồng thời loại trừ được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ăn khớp đúng của bộ truyền

Ngoài ra còn nhiều tác giả như Widhaber, Roseaberg, Lopato và nhiều nhà khoa học Đức, Tiệp….đã công công bố nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cặp động học bánh răng côn xoắn cùng với việc ứng dụng trong bộ truyền cao cấp, kết cấu dụng cụ gia công bánh răng côn xoắn Klingelberg, Oerlicon,…

Để nâng cao độ chính xác, giảm thời gian chuẩn bị sản xuất đáp ứng nhanh chóng nhu cầu sản xuất, công nghệ CAD/CAM và mô hình hóa bánh răng được ứng dụng trong sản xuất bánh răng côn xoắn Các kết quả nghiên cứu cho thấy do đặc điểm tính phức tạp của quá trình tạo hình bánh răng côn xoắn mà lực cắt, tuổi thọ của dụng cụ, nhiệt cắt trong quá trình gia công thay đổi rất nhiều Vì vậy ứng dụng CAD/CAM để gia công nó còn là vấn đề mới được nghiên cứu

Trên cơ sở lý thuyết chung của hai phương pháp trên các nhà khoa học khác

đã nghiên cứu phát triển lý thuyết chung đó để thiết kế các loại máy và dụng cụ gia công bánh răng côn cong Tuy nhiên do công cụ tính toán thời bấy giờ chưa cho phép các nhà khoa học có thể tìm sâu sắc được toàn bộ quá trình tạo hình bề mặt biên dạng răng

Ngày nay với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là công nghệ điện tử tin học đã cho phép các nhà khoa học trên thế giới có điều kiện nghiên cứu sâu hơn nữa về quá trình tạo hình biên dạng răng Qua đó có thể lựa chọn biên dạng hình học tối ưu để nâng cao chất lượng bánh răng

Đồng thời với việc tính toán thì công nghệ chế tạo bánh răng cũng được cải thiện đáng kể

Công nghệ CAD/CAM dùng cho công nghệ chế tạo bánh răng côn răng cong

đã được áp dụng ví dụ như : phần mềm HyGEARS, của hãng Glenson Work, CPC của hãng Community v.v… Trong đó phần mềm HyGEARS có nhiều tính năng nổi

1.2.3 Phương pháp phân tích vết tiếp xúc của Wang và Ghosh

Mới đây các tác giả đã đưa ra một lý thuyết mới kiểm soát vết tiếp xúc qua các bước sau:

- Kiểm soát trực tiếp các thông số càng nhiều càng tốt tương ứng với các dạng tiếp xúc đã định trước

- Với các thông số không kiểm soát được trực tiếp thì phân tích các tham số thay thế

- Dựa trên kết quả phân tích tổng lại, tối ưu hóa đã có thể kiểm soát được các tham số mà không thể kiểm soát được trực tiếp

Sử dụng phương pháp này có thể dự đoán được vị trí của điểm tâm bánh răng

và trạng thái tiếp xúc bậc 2, từ đó giữ cho chúng cố định trong quá trình tổng hợp tối ưu Các tác giả đã sử dụng một số phương pháp toán học mới so với lý thuyết ăn khớp đã có từ trước đây như sử dụng khung chuyển động trong hình học vi phân- phân tích tiếp xúc dạng bậc 3, Tenxơ độ cong đưa ra không phải là Ten – xơ Rieranian mà là Gradent của trường véc-tơ bề mặt đơn vị Sau đây là một số khái niệm của phương pháp này:

- Sự ăn khớp khít của 2 bề mặt răng có bạng tiếp xúc đường nếu chúng tiếp xúc dọc theo một đường trong suốt quá trình ăn khớp khi không có tải trọng Còn ăn khớp có tiếp xúc điểm nếu các bề mặt chỉ tiếp xúc nhau tại một điểm khi không

có tải trọng Dưới tác động của tải trọng vết tiếp xúc lan ra thành hình elíp, vết này di chuyển dọc theo bề mặt răng và tập trung ở một khu vực của răng gọi là

vùng tiếp xúc

- Nếu tỷ số truyền của cặp tiếp xúc điểm thay đổi trong quá trình ăn khớp thì ta gọi là không tương xứng, vì loại bánh răng này được sử dụng ngày càng nhiều nên càng cần hiểu rõ trạng thái tiếp xúc giữa các bề mặt và cần có phương pháp

có hiểu quả để điều khiển nó Phương pháp đó là phân tích trạng thái tiếp xúc bằng cách khảo sát trực tiếp các tham số Dựa vào đây để xây dựng hàm đối tượng để đánh giá chấn lượng tiếp xúc

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ SẢN XUẤT BÁNH RĂNG CÔN

xơ quay để nghiên cứu tạo hình các bề mặt có chuyển động quay, tịnh tiến hoặc tổng hợp giữa chúng Ứng dụng Ten- xơ quay để viết phương trình bề mặt hông răng, làm cơ sở cho các nghiên cứu về động học, công nghệ cắt răng Có thể nói

GS Bành Tiến Long là một trong những nhà nghiên cứu hàng đầu của nước ta về lĩnh vực chế tạo bánh răng côn xoắn Cùng với sự phát triển ngày càng nhanh của nền công nghiệp nước nhà, những vấn đề thực tế đặt ra ngày càng cao đối với công nghệ chế tạo bánh răng côn xoắn

Nhu cầu thực tế về chế tạo bộ bánh răng cô xoắn đã đặt ra do số lượng ô tô, máy móc có sử dụng bộ truyền động ngày càng nhiều ở nước ta, nhất là trong thời

kỳ hiện nay Để đáp ứng nhu cầu này trong thực tế thì ở nước ta hiện nay đã có một

số cơ sở chuyên nghiên cứu chế tạo loại bánh răng này nhưng về số lượng cũng như tính đại trà của nó chưa thực sự được áp dụng như đối với bánh răng trụ và một số loại bánh răng khác Có thể có nhiều lý do khác nhau nhưng một trong những lý do

cơ bản nhất là các tài liệu kỹ thuật tài liệu nghiên cứu cũng như chế tạo còn ít ỏi, máy móc thiết bị còn được đầu tư chưa đúng mức Hầu hết các máy móc gia công hiện nay đều của Liên Xô hoặc Đức đã cũ và hầu hết được sản xuất trước những năm 1970

Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà , bánh răng côn xoắn ngày càng được đặc biệt quan tâm do chúng có nhiều ưu việt mà các bộ truyền khác không có Lý thuyết tạo hinh, công nghệ chế tạo bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòi hỏi phải nghiên cứu đầy đủ mới có thể đảm bảo thiết kế và chế tạo đáp ứng nhu cầu đòi hỏi ngày càng khắt khe của thực tế sản xuất Các công trình nghiên cứu của Bùi Song Cầu, Bành Tiến Long, Trần Văn Địch…, gần đây tác giả Bành Tiến Long

đã ứng dụng công cụ toán ten xơ quay để nghiên cứu tạo hình các bề mặt có chuyển động quay, tịnh tiến hoặc tổng hợp giữa chúng Ứng dụng ten xơ để viết phương trình bề mặt biên dạng răng, đánh giá ảnh hưởng của các thông số máy, dao, lực cắt tới chất lượng bộ truyền bánh răng

Chúng ta biết rằng bánh răng côn xoắn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân, nhưng chủ yếu là trong công nghiệp sản xuất ô tô, tàu hỏa, thiết bị mỏ và các thiết bị hang không Riêng lĩnh vực sản xuất ô tô thì nhu cầu sản xuất bánh răng côn xoắn rất lớn, hầu hết các loại ô tô đang lưu hành hiện nay đều sử dung bánh răng côn xoắn Khảo sát năng lực, thiết bị, trình độ công nghiệp sản xuất sản phẩm bánh răng côn xoắn ở khu vực phía Bắc cho thấy chúng có chưa đến 20 cơ sở với hơn 20 đầu thiết bị chủ yếu là các thiết bị gia công bánh răng côn xoắn hệ Gleason nhập từ Nga Hiện nay có một số cơ sở như Viện cơ khí năng lượng và mỏ, cơ sở của Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, nhà máy cơ khí quân đội Z179, nhà máy cơ khí trung tâm Cẩm Phả, nhà máy cơ khí nông nghiệp Hà Tây… Các cơ sở này sản xuất cung cấp sản phẩm cho ngành đường sắt, thiết bị mỏ

và các ngành công nghiệp khác Với tinh thần nhanh chóng nội địa hóa sản phẩm nói chung trong đó có sản phẩm ô tô nói riêng của Chính phủ, một số đề tài nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tạo hình bánh răng phục vụ cho nhu cầu sản xuất trong nước và đủ sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế đã được tiến hành Các công trình nghiên cứu quá trình tạo hình mặt biên dạng răng bánh răng côn xoắn, các yếu tố làm thay đổi các thông số đặc trưng của bề mặt, ảnh hưởng của thông số răng của bánh dẹt sinh Tất cả sự thay đổi này đều được thể hiện qua vết tiếp xúc của cặp bánh răng

Vì vây chất lượng bộ truyền được đánh giá thông qua vị trí, diện tích của vùng tiếp xúc của các bề mặt đối tiếp

Để nội địa hóa từng bước các sản phẩm nhập ngoại thì chúng ta cần phải đầu

tư nghiên cứu, ứng dụng để có thể nâng cao chất lượng sản phẩm do trong nước sản xuất Qua đó cũng làm cho tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường thế giới được nâng cao từ đó tiến tới xuất khẩu

Đề tài nghiên cứu : ”Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng Gleason và lập trình tính toán mặt hông răng” cũng không nằm ngoài mục đích trên

số đặc trưng bề mặt biên dạng răng

- Về mặt thực tế: Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu dựa vào lý thuyết cơ bản trên để đưa ứng dụng CAD/CAM vào thiết kế chế tạo máy gia công và sản xuất bánh răng côn răng cong Tuy nhiên các công trình trên vẫn chưa đề cập đến chất lượng bề mặt biên dạng răng do chuyển động của xích bao hình vẫn dựa theo nguyên lý tốc độ góc của giá lắc lư là hằng số trong suốt quá

trình gia công bao hình

Chương 2:

TẠO HÌNH BỀ MẶT BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON

Nội dung của phần này sẽ bao gồm những phần chính sau:

- Nguyên lý tạo hình bánh răng côn răng cong nói chung

- Phương trình biên dạng bề mặt răng của bánh răng côn răng cong hệ Gleason

- Lập trình tính toán tọa độ lưới bề mặt biên dạng răng lý thuyết bánh răng côn răng cong hệ Gleason

2.1 TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG

Bánh răng côn xoắn được sử dụng nhiều trong các thiết bị công nghiệp, nhưng tập trung có ba hệ chính sau:

1 Bánh răng côn hệ Gleason: Bánh răng côn răng cong có đường

răng là cung tròn

2 Bánh răng côn hệ Klingelnberg: Bánh răng côn răng cong có đường răng là đường thân khai kéo dài

3 Bánh răng côn hệ Oerlicon: Bánh răng côn răng cong có đường răng

là đường cong Epicycloid kéo dài

2.1.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn xoắn hệ Gleason

Việc gia công bánh răng côn xoắn hệ Gleason dựa trên nguyên lý ăn khớp

cưỡng bức giữa bánh răng dẹt sinh tưởng tượng đóng vai trò là dao và phôi bánh răng gia công ( Hình 2-1) Dụng cụ cắt là dao phay mặt đầu, trên đó có gắn lưỡi dao cắt Khi cắt răng trên chi tiết, đầu dao thực hiện hai chuyển động tạo hình

- Chuyển động quay quanh trục O ( theo chiều )

- Chuyển động quay quanh trục đầu dao với vận tốc cắt V (m/ phút)

( theo chiều ) Chuyển động là chuyển động tạo hình đơn giản tạo ra chiều dài răng

Ngoài ra phôi còn chuyển động quay quanh trục của nó Để tạo profin

răng , bánh dẹt sinh (gá lắc lư) và phôi bánh răng được cắt có mối liên hệ động học với nhau thông qua xích bao hình Nếu bánh dẹt sinh chuyển động với vân tốc góc

và bánh răng được cắt với mối liên hệ giữa chúng được viết :

= = ( k = 1,2… ) ( 1)

Trong đó:

- số răng của bánh dẹt sinh

- số răng của bánh 1 hoặc bánh 2 (chủ động hoặc bị động)

- tỉ số truyền chung của xích bao hình

Trong quá trình tạo hình, bánh dẹt sinh được thực hiện quay không toàn phần xung quanh trục O

Sau mỗi lần gia công xong một rãnh răng, xích bao hình bị phân giải, giá lắc đảo chiều quay về vị trí ban đầu Bánh răng được cắt thực hiện phân độ liên tục và chuẩn bị chu kỳ gia công mới, cứ như thế cho đến khi gia công hết răng

Hình 2-1: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Gleason

 

Đầu dao phay để cắt bánh răng côn xoắn hệ Gleason được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cắt bánh răng côn xoắn vì công nghệ chế tạo đầu dao tương đối

dễ và rẻ hơn Có thể điều chỉnh lưỡi dao đúng và chính xác các giá trị danh nghĩa

Có khả năng thay dao hỏng trong quá trình cắt Có thể sử dụng một đầu dao cho một số bánh răng có môđun khác nhau và phương pháp phay khác nhau

Dụng cụ gia công là dao phay mặt đầu, gắn trên giá lắc lư Trên đầu dao có gằn các lưỡi dao cắt Lưỡi dao có dạng hình thang và được lắp kế tiếp nhau giữa lưỡi ngoài và lưỡi trong Lưỡi dao ngoài cắt mặt lõm, lưỡi dao trong cắt mặt lồi Các lưỡi cắt đóng vai trò một răng của bánh dẹt sinh ở vị trí cắt Về lý thuyết góc giữa hai lưỡi cắt tạo nên bằng hai lần góc ăn khớp danh nghĩa

Các lưỡi dao tạo thành răng của bánh dẹt sinh tưởng tượng cho nên chúng tạo mặt lồi và mặt lõm của rãnh răng của bánh răng gia công Để tạo hình đúng, đỉnh côn chia của bánh răng gia công phải trùng với tâm của bánh dẹt sinh và mặt phẳng đỉnh lưỡi dao phải đi qua đường sinh chân răng của bánh răng gia công

Hình 2-2: Sơ đồ gá đặt phôi,dao,bánh dẹt sinh gia công bánh răng Gleason

Trước lúc bắt đầu làm việc, vật được dịch chuyển hướng kính để lấy chiều sâu rãnh răng Ngoài chuyển động quay quanh trục của mình để tạo vận tốc cắt, đầu

dao cùng với đĩa gá thực hiện chuyển động ăn khớp của bánh dẹt sinh với chi tiết gia công Mặt phẳng đầu răng của dao phải tiếp xúc với mặt nón chân răng của chi tiết và lăn không trượt trên nhau ,cho nên giữa chuyển động gia lắc lư của đầu máy ( chuyển động ăn khớp của bánh dẹt sinh) với chuyển động của chi tiết phải thỏa mãn tỷ số truyền thích hợp Dạng răng cung tròn là loại bánh răng côn duy nhất có thể tiến hành mài biên dạng răng được Nguyên lý gia công khi mài cũng giống như nguyên lý gia công khi cắt răng

Dụng cụ để gia công bánh răng côn xoăn hệ Gleason (đầu dao Gleason) chúng

ta có thể phân biệt đầu dao các loại theo ba nhóm chính sau đây:

- Đầu dao răng liền thân;

- Cung đầu dao có gắn các nhóm lưỡi cắt;

- Đầu dao có lưỡi dao kẹp bằng cơ khí;

Hiện nay, loại đầu dao có lưỡi kẹp bằng cơ khí được sử dụng nhiều hơn Loại

đầu dao răng liền thân được sử dụng khi cắt bánh răng có môđun nhỏ Nếu dựa theo phương pháp làm việc thì ta có các loại đầu dao sau:

- Đầu dao cắt thô hai mặt cắt;

- Đầu dao cắt tinh một mặt cắt và hai mặt cắt;

- Đầu dao đặc biệt (Formate, Cyclex)

Đâu dao một mặt cắt chỉ có hoặc các lưỡi dao ngoài, hoặc các lưỡi dao trong Đầu dao hai mặt cắt thì có cả lưỡi cắt ngoài và lưỡi cắt trong lắp xen kẽ, hoặc còn được lắp thêm một dao giữa để cắt thô

2.1.2 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg

Nguyên lý chế tạo bánh răng côn hệ Klingelnberg khác với nguyên lý chế tạo bánh răng côn hệ Gleason cơ bản là sử dụng đầu dao phay lăn côn làm việc theo nguyên lý bao hình liên tục Bánh răng có chiều cao răng giống nhau trên toàn bộ chiều rộng vành răng

Chế tạo bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg dựa trên nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa bánh dẹt sinh tưởng tượng (giá lắc) đóng vai trò là dao và bánh

răng đóng vai trò là phôi (hình 2-3) Ăn khớp dụng cụ và chi tiết với bánh dẹt sinh tưởng tượng

Để tạo hình bánh răng Klingelnberg dao phay trục vít chuyển động quay quanh trục của nó tạo ra tốc độ cắt gọt, đầu dao thêm chuyển động phụ để dao phay trục vít lăn trên mặt côn bánh dẹt sinh Côn chia của bánh răng gia công và đầu dao phay lăn theo bề mặt côn chia của bánh dẹt sinh Bánh dẹt sinh quay quanh trục tâm máy với chuyển động Bánh răng chuyển động quanh trục của nó

Để tạo prôfin chính xác thì các vận tốc góc của dao, phôi, bánh dẹt sinh tại tâm ăn khớp phải giống nhau Dao phay Klingelnberg thực chất là trục vít côn Để phay bánh răng suốt chiều sâu và chiều rộng vành răng thì giá lắc lư quay với vận tốc góc với dao phay quay quanh đỉnh bánh dẹt sinh Bởi lẽ cắt răng theo hệ Klingelnberg là phân độ liên tục cho nên quá trình cắt răng của bánh răng máy cần phải thực hiện các mối liên kết động học phụ thuộc giữa các khâu chấp hành:

1 Mối liên hệ động học giữa Dụng cụ - bánh dẹt sinh

Nếu gọi vận tốc góc đầu dao ; – vận tốc góc bánh dẹt sinh ; k =1 - số đầu mối của dao phay trục vít ta có:

= k = 2)

(2-2 Mối liên hệ động học giữ Bánh dẹt sinh – giá lắc: Vận tốc góc tổng cộng

của bánh dẹt sinh :

= + = + 3)

(2-Trong đó : - vận tốc góc tương đối giữa bánh dẹt sinh và giá lắc

- vận tốc góc giá lắc

3 Mối liên hệ giữa bánh dẹt sinh – phôi có thể viết:

Gia công bánh răng côn có răng dạng thân khai được thực hiện trên máy

Klingelberg bằng một dao phay lăn đặc biệt có phần cắt tạo với góc côn ở đỉnh =

và phần côn chuôi Dao là trục vít acsimet một đầu mối khai triển trên bề mặt côn, dao phay lăn có dạng côn, răng của dao được phân bố trên đường xoắn vít côn

mà bước của nó trên đường côn chia là không đổi Rãnh thoát phoi tạo nên mặt trước của dao, mặt bên và đỉnh răng được mài tạo thành góc sau như dao phay lăn trục vít

Tuy bước của dao không thay đổi, nhưng góc nâng của ren lại thay đổi, do đó mặt gia công không có biên dạng thân khai suốt cả chiều dài bánh răng mà biên dạng thực tế có dạng paloid Vì thế mà loại bánh răng này còn được gọi là bánh răng côn paloid

Phương pháp này dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa dụng cụ và bánh dẹt sinh tưởng tượng mà bánh này tạo nên với địa gá lắc lư của máy

Dao được gá trên địa gá mà trục quay của nó trùng với trục quay của bánh dẹt sinh Trục của bánh răng gia công và trục của bánh dẹt sinh tưởng tượng cắt nhau trong mặt phẳng chia của bánh dẹt sinh Đường sinh nón chia của dao nằm trên mặt phẳng chia của bánh dẹt sinh Dao lăn trên bánh dẹt sinh và thực hiện thêm chuyển động quay cùng địa gá xung quanh trục của nó

Để lưỡi cắt tạo nên hình bao lên bánh răng gia công, giá mang đầu dao còn phải mang chuyển đông quay chậm từ vị trí bắt đầu đến vị trí kết thúc với một góc quay gọi là góc quay bao hình

Với mỗi trị số mô đun pháp tuyến và với mỗi góc ăn khớp, khi gia công cần

có một dao phay riêng Như vậy khi gia công một cặp bánh răng côn răng thân khai

ăn khớp với nhau cần có hai dao, một dao xoắn phải để cắt bánh răng xoắn trái và một dao xoắn trái để cắt bánh răng xoắn phải

Răng của bộ truyền được sản xuất có chiều dày bằng nhau, gia công liên tục

2.1.3 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn xoắn hệ Oerlicon

Đây là loại côn xoắn có dạng răng theo đường cong epicycloid kéo dài Chiều cao răng không thay đổi trên toàn bộ vành răng, tức là góc côn chia của bánh răng tương tự như góc côn chân răng và góc côn đinh răng Nguyên lý chế tạo ( hình 2-4) cho dạng răng này Ta tưởng tượng rằng một đường tròn trên đó có gằn chặt các

profin cơ bản của bánh rằng với đường tròn cơ sở Trên bánh dẹt sinh có các

đường xoắn theo dạng đường epicycloid kéo dài với profin thẳng trong mặt phẳng

pháp tuyến Trên đầu dao bố trí các nhóm dao cắt mặt lồi và mặt lõm biên dạng

răng

Để chế tạo bánh răng Oerlicon, trên máy có các chuyển động sau: Bánh dẹt

sinh chuyển động quay quanh trục tâm máy ( ; chuyển động

tạo ra tốc độ cắt gọt của đầu dao ( ; chuyển động của phôi quanh

trục của nó ( Với chiều chuyển động của phôi, dao, bánh dẹt sinh

phù hợp sẽ cho ta các dạng răng Epicycloid kéo dài hoặc hypoit kéo dài

Để tìm mối liên hệ động học giữa các cơ cấu chấp hành ta giả thiết rằng trục

không chuyển động, đầu dao cùng với đường tròn quay quanh và mang

đường tròn quay quanh tâm Quan hệ chuyển động giữa đầu dao – bánh dẹt

sinh có thể viết:

=

(2-5)

Trong đó : n – số nhóm dao trên đầu dao

Cho bánh răng được cắt ăn khớp với bánh dẹt sinh, theo quy luật ăn khớp

bánh răng được cắt có số răng và số răng bánh dẹt sinh ta có quan hệ sau:

(2-6)

Hình 2-4: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hê Oerlicon

Trong đó: n – số nhóm dao trên đầu dao Nếu coi sự ăn khớp đồng thời của đầu dao – bánh dẹt sinh – bánh răng được gia công thì ta có phương trình:

: : = = = 7)

Chuyển động bao hình gia công được thiết lập từ ba chuyển động liên tục:

- Chuyển động cắt của đầu dao ( , );

- Chuyển động của bánh răng gia công ( );

- Chuyển động quay của bánh dẹt sinh tác động qua lại truyền động vi sai lên chuyển động giá lắc lư ( )

Vận tốc góc của dụng cụ cố gắng chon lớn nhất theo vận tốc cắt Vận tốc cắt phụ thuộc vào vật liệu làm dao, vật liệu gia công , tuổi bền của lưỡi cắt, phương pháp bôi trơn…

Vận tốc góc của giá lắc lư bé bởi vì nó tương ứng với lượng chạy dao khi gia công Trong quá trình cắt giá lắc lư quay một góc tương ứng với sự ăn khớp của một rãnh răng gia công của bánh dẹt sinh Thực tế góc này nằm trong khoảng

- Lượng chạy dao và vân tốc cắt quy định tiết diện phoi cắt

Gia công bánh răng côn dang epixicloid được tiến hành trên máy Oerlikon với năng suất cao vì kết cấu máy và đầu dao cho phép gia công liên tục và đồng thời tất cả trên các răng bằng sự lăn của dao và chi tiết gia công như khi phay lăn răng bánh răng trụ

Vì đường epixicloid là đường được tạo nên từ một điểm trên đường tròn lăn không trượt trên một đường cong, do đó để gia công răng có dạng epixicloid, việc

gá đặt giống như gia công dạng cung tròn, chỉ khác ở việc bố trí lưỡi cắt trên đầu dao quay

Các lưỡi cắt được bố trí trên đầu dao (là một địa phẳng) theo dạng đường Archimede, ứng với một đường Aechimede là một dao (từ 3- 5 lưỡi cắt) tạo thành một răng thanh răng Có thể dung một dãy dao hoặc nhiều dãy dao (thường từ 2 – 9 dãy)

Khi gia công dụng cụ cắt và bánh răng gia công phải thực hiện sự ăn khớp của bánh răng côn với bánh dẹt sinh tưởng tượng

Cũng giống như gia công bánh răng dạng cung tròn, bánh dẹt sinh được thay bằng địa gá quay mà trên đó có đặt đầu dao phay quay với tốc độ V lệch tâm quay sao với tâm tâm của đĩa gá

Hình 2-5 : Sơ đồ bố trí dao cắt răng Oerlicon

Profin răng của bánh dẹt sinh chính là profin răng dao, nó có dạng hình thang

và mặt bên của răng tạo ra đường xycloid kéo dài

Trong quá trình gia công, ngoài chuyển động ăn khớp, đầu dao không quay độc lập như khi cắt răng dạng cung trong mà có mối liên hệ với chuyển đông quay của bánh răng gia công qua xích phân độ

Hình 2-6: Sơ đồ nguyên lý tạo hướng răng Oerlicon

2.1.4 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng cong

Trong ba hệ bánh răng côn răng kể trên , bánh răng hệ Klingelnberg và

Oerlicon có ưu điển độ chính xác cao hơn, cho phép làm việc ở tốc độ lớn và độ ồn thấp hơn so với bánh răng hệ Gleason Nhưng nhược điểm của hai hệ bánh răng này là: chế tạo máy và dụng cụ gia công rất phức tạp, năng suất gia công thấp, giá thành

sản phẩm cao và khó ứng dụng công nghệ cao trong điều khiển máy gia công

Đối với bánh răng côn răng cong hệ Gleason thì chế tạo máy và dụng cụ gia

công sẽ đơn giản hơn và có năng suất gia công cao hơn hẳn so với hệ Klingelnberg

và Oerlicon Trước đây các nước phương tây thường dung dạng răng hệ Klingelnberg và Oerlicon phục vụ cho công nghiệp ôtô Ngày nay sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã cho phép chúng ta ứng dụng công nghệ cap CAD/CAM trong lĩnh vực gia công bánh răng Điều này cho phép chúng ta cải thiện một bước đáng kể chất lượng của sản phẩm, từ đó có thể ứng dụng bánh răng côn răng cong hệ Gleason trong mọi thiết bị có yêu cầu độ chính xác cao, khả năng tải lớn, độ ồn thấp Trong khi giá thành của sản phẩm bánh răng côn hệ Gleason lại

rẻ hơn rất nhiều so với hệ Klingelnberg và Oerlicon

Như đã phân tích ở chương 1 , các thiết bị gia công bánh răng côn răng cong của Việt Nam chủ yếu nhập từ Liên Xô cũ và CHDC Đức cũ , đều thuộc hệ Gleason Do vậy

để có thể đáp ứng được nhu cầu chế tạo phụ tùng thay thế cho các thiết bị giao thông vận tải, khai thác mỏ, xây dựng, dệt may , thực phẩm , nông sản.v.v…thì chúng ta phải cần thiết nâng cao chất lượng bánh răng côn răng cong hệ Gleason

Với mục đích như vậy, luận văn của tôi đi sâu nghiên cứu bánh răng côn răng cong hệ Gleason cho phù hợp với tình hình sản xuất bánh răng côn răng cong ở Việt Nam cũng như trên thế giới

2.2 PHƯƠNG TRÌNH BỀ MẶT BIÊN DẠNG RĂNG CỦA BÁNH

RĂNG CÔNG RĂNG CONG HỆ GLEASON

Để có cơ sở nghiên cứu các tham số ảnh hưởng đến chất lượng của bánh răng côn cong hệ Gleason Trong chương này chúng ta sẽ khảo sát phương trình bề mặt

biên bánh răng côn răng cong hệ Gleason

2.2.1 Các phương pháp cắt

Trước khi đi vào xây dựng phương trình bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn cong hệ Gleason, chúng ta hãy khảo sát qua các phương pháp cắt Qua đó có một số tham số đầu vào cho việc xây dựng phương trình biên dạng

Có nhiều phương pháp khác nhau để cắt bánh răng côn răng cong hệ Gleason Việc lựa chon phương pháp này hay phương pháp kia tùy theo yêu cầu: độ chính xác của bánh răng được cắt, năng suất cắt, số lượng dụng cụ… Có các phương pháp cắt chủ yếu dùng cho cắt tinh cả hai bánh răng:

Khi cắt răng bằng phương pháp này thì khoảng mở của các dao (của đầu dao hai phía) được chế tạo nhỏ hơn bề rộng của đáy rãnh răng 0.25mm để khi cắt xong một phía của rãnh răng chỉ cần quay phôi đi một góc λ là đủ mà không cần điều chỉnh lại máy

Phương pháp cắt một phía cũng được sử dụng để cắt răng trong hai nguyên công Ở nguyên công thứ nhất bằng đầu dao hai phía cắt toàn bộ rãnh răng và cắt tinh một phía nào đó của răng (phía lồi hoặc phía lõm), cong ở nguyên công còn lại cắt bằng đầu dao một phía Khi dùng phương pháp cắt một phía để cắt răng của cả bánh răng lớn và bánh răng nhỏ thì nó được gọi là cắt một phía đúp Ở đây dùng ba phương án gia công thể hiện như sau:

a Cắt cả cặp bánh răng ăn khớp bằng gá đặt khác nhau đối với mỗi mặt của

răng

b Cắt cả mặt lõm và lồi trên răng lớn cùng vị trí tâm đầu dao, khi chuyển từ mặt này sang mặt kia thì chúng ta xoay phôi đi một góc λ cần thiết để đảm bảo chiều dày răng Còn đối với bánh nhỏ thì cắt như phương án a

c Cắt cả hai bánh răng bằng phương pháp xoay với cùng một vị trí tâm dao Phương pháp cắt một mặt tạo ra biên dạng tốt hơn cả (đảm bảo tốt vùng tiếp xúc trên chiều dài bất kỳ và không có hiện tượng tiếp xúc chéo)

2 Phương pháp cắt hai mặt đơn giản

Đặc trưng của phương pháp này là việc gia công bánh răng lớn bằng đầu dao hai

mặt để cắt đồng thời mặt lõm và mặt lồi của răng (hình 2-7a) Bề rộng của đáy rãnh răng được xác định bằng lượng mở ra của các dao ngoài 3 và các dao trong 2 Còn bánh răng nhỏ thì gia công theo phương pháp một mặt Phương pháp này đảm bảo vùng tiếp xúc tốt, độ bóng bề và năng suất cao

3 Phương pháp gá đặt cố định

Theo phương pháp này thì cả hai phía của bánh răng 1 (hình 2-7c) được cắt theo phương pháp bao hình bằng các đầu dao một phía riêng biệt Phía lõm được cắt bằng đầu dao có các dao ngoài 3, còn phía lồi được cắt bằng đầu dao có các dao trong 2 Quá trình cắt được tiến hành theo rãnh đã được cắt sơ bô Mỗi phía của răng được cắt với cách điều chỉnh máy riêng Bề rộng của rãnh răng được kiểm tra bằng đồ gá chuyên dùng để phân chia lượng dư gia công Phương pháp này được dùng chủ yếu để cắt các bánh răng nhỏ, khi cần đạt độ chính xác cao (cấp chính xác

6 – 8)

Với phương pháp này trong sản xuất hàng khối mỗi phía của răng được cắt trên một máy riêng biệt, còn trong sản xuất hàng loạt thì cắt trên cùng một máy với các điều chỉnh khác nhau

4 Phương pháp cắt hai mặt kép

Đặc trưng của phương pháp này là cắt cả hai mặt lồi và lõm trên răng của cả bánh răng lớn và nhỏ bằng hai đầu dao hai mặt Phương pháp này có độ chính xác không cao , nên dùng thích hợp nhất cho những bộ truyền bánh răng có modunl lớn

mà không yêu cầu cao về chất lượng và các cặp bánh răng có môđun nhỏ

Hình 2-7 : Các phương pháp cắt răng

a cắt hai phia; b.cắt một phía; c gá cố định; M tâm máy; và tâm

đầu dao; R bán kính vị trí của dao; 1 phôi; 2 dao trong; 3 dao ngoài

2.2.2 Cắt thô răng bánh răng côn răng cong

Cắt thô răng côn cong được thực hiệ bằng hai phương pháp:

- Phương pháp tiến dao dọc trục (dọc trục của dao)

- Phương pháp bao hình

Khi cắt bằng phương pháp tiến dao dọc trục (hình 2-8a) bánh răng gia công 2

đứng yên còn đầu dao 1 vừa quay và dịch chuyển dọc trục của nó Trong một số

loại máy, dao chỉ chuyển động quay, còn bánh răng gia công thực hiện tiến dao theo

hướng trục của dao Đầu dao để cắt răng theo phương pháp tiến dao dọc trục có hai

loại: đầu dao hai phía và đầu dao ba phía Các đầu dao này cắt đồng thời hai mặt

của răng, cho nên các dao của đầu dao chép lại profin của rãnh răng Sau khi cắt

xong một rãnh răng, đầu dao lùi ra, còn phôi (bánh răng gia công) thực hiện quay

phân độ để cắt rãnh tiếp theo

Tuổi bền của đầu dao ba phía có tuổi bền cao hơn tuổi bền của đầu dao hai

phía 50% - 70% Phương pháp tiến dao dọc trục được sử dụng để cắt thô răng của bánh răng có góc côn chia lớn hơn Chiều quay của đầu dao trùng với chiều xoắn của răng Quá trình cắt được thực hiện từ đầu nhỏ của răng đến đầu lớn của răng Như vậy, lực cắt có xu hướng ấn phôi xuống mặt đầu định vị trên đồ gá

Hình 2-8 : Các sơ đồ cắt răng côn cong

a Phương pháp tiến dao dọc trục; b phương pháp bao hình;

c sử dụng cơ cấu bao hình đúp; 1 và 3 đầu dao; 2 và 4 phôi

5, 6, 7,8 – các điểm cắt của dao

Trong sản xuất hang loạt lớn và hàng khối, cắt thô răng côn cong được thực hiện trên các máy chuyên dùng: 5C262E, 5281 (của Nga); 601,606; 608 của hạng Gleason (Mỹ) và máy ZFKK500x10 (của Đức).Các máy này có độ cứng vững cao, xích động học ngắn do đó cho phép tăng năng suất khi gia công từ 2 – 3 lần so với

máy vạn năng thông thường

Để cho đỉnh dao cắt tinh không chạm vào đáy rãnh răng , thì bước cắt thô

phải đạt được chiều sâu rãnh răng (chiều cao răng) lớn hơn chiều cao lý thuyết

Đối với các bánh răng côn cong có tải trọng lớn thì đáy răng nên được gia công bằng dao cắt tinh Trong trường hợp này cắt thô được thực hiện ở chiều sâu rãnh nhỏ hơn cắt tinh

Phương pháp bao hình được sử dụng để cắt răng của các bánh răng (cả bánh lớn và bánh nhỏ) có góc côn chia nhỏ hơn Quá trình cắt được thực hiện bằng các đầu dao hai phía (hình 2-8b) Khi quay bao hình của phôi 4 và đầu dao 3, các dao của đầu dao này có các vị trí nối tiếp nhau để tạo ra profin răng và độ cong dọc theo răng dưới dạng cung tròn Cắt răng thường được thực hiện với quỹ đạo lắc của giá dao theo một phương (trên hoặc dưới ) Để khe hở trong xích động học của máy quỹ đạo lắc của giá dao nên được thực hiện từ dưới lên trên Ở cuối chu kỳ cắt đầu dao lùi ra xa khỏi phôi, cơ cấu đảo chiều của máy hoạt động để thay đổi chiều quay của gia dao và cơ cầu phân độ của máy thực hiện phân độ bánh răng đi một răng Sau đó đầu dao cùng với giá lắc dịch chuyển nhanh về vị trí ban đầu để tiếp tục cắt răng tiếp theo

Các máy cắt răng kiểu mới như 5C273 (Nga); 440; 116; 641; 465;475 của hạng Gleason (Mỹ) và ZFTKK500/2V (Đức) có cơ cấu bao hình đúp Cơ cấu này cho phép cắt thô răng của bánh răng nhỏ trong một lần gá khi quỹ đạo lắc của giá dao được thực hiện hai chiều lên xuống (hình 2-8c) là rãnh răng của bánh răng nhỏ

có chiều xoắn trái với dạng co hẹp tiêu chuẩn Khi chuyển động bao hình từ dưới lên trên, nhờ tốc độ góc chậm dần của bánh răng và tốc độ góc cố định của giá dao, quá trình cắt được thực hiện từ điểm 8 đến điểm 6 với góc nghiêng của răng nhỏ hơn giá trị tính toán trung bình Ở cuối kỳ, chuyển động bao hình của giá lắc được đảo chiều quay và bánh răng được thực hiện góc quay bổ sung, sau đó dao nằm ở điểm 7 Khi quỹ đạo của giá lắc dao được thực hiện từ trên xuống dưới quá trình cắt được thực hiện từ điểm 5 đến điểm 7 Bánh răng quay nhanh trong thời điểm này tạo ra góc nghiêng của răng lớn hơn giá trị trung bình Bề rộng khoảng mở của các dao trên đầu dao phải nhỏ hơn bề rộng của rãnh răng AB ở đầu trong Nhờ có

cơ cấu bao hình đúp mà lượng dư theo chiều dài răng không thay đổi, do đó tuổi

bền của dao cắt thô tăng và chất lượng gia công răng cũng tăng

2.2.3 Cắt tinh răng bánh răng côn răng cong

Cắt tinh răng bánh răng côn cong theo phương pháp chép hình, bao hình và theo tiến dao dọc trục

Phương pháp chép hình được sử dụng cắt răng của các bánh răng trong sản xuất hang loạt lớn và hàng khối Khi gia công phôi đứng yên , đầu dao thực hiện chuyển động quay xung quanh trục của nó Nhờ thay đổi vị trí hướng kính của các dao mà sau mỗi vòng quay rãnh răng của phôi được cắt Bán kính của các lưỡi dao ngoài tăng dần, còn các dao trong thì giảm dần Cắt răng bằng phương pháp chép hình được thực hiện trên các máy chuốt răng chuyên dùng

Phương pháp bao hình được dùng để cắt tinh trên các máy cắt vạn năng bằng các đầu dao hai phía và một phía Đầu dao hai phía thường được dùng để cắt răng của bánh rằn lớn đồng thời cả hai phía, còn đầu dao một phía dùng để cắt bánh răng nhỏ riêng biệt từng phía một Chu kỳ (chu trình) cắt răng bằng phương pháp bao hình được thể hiện trên (hình 2-8b)

Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối cắt tinh răng bánh răng côn cong có chiều rộng răng b ≥ 38 mm thì nên được thực hiện bằng đầu dao có số dao ít, được thiết kế sao cho khi cắt luôn luôn chỉ có một dao tham gia (dao trong hoặc dao ngoài)

Đầu dao mà khi cắt chỉ có một dao tham gia (khi dao ăn vào rãnh răng) cho phép nâng cao độ chính xác gia công và giảm độ nhám mặt răng Tuy nhiên, tuổi bền của nó giảm 10% -15% so với tuổi bền của đầu dao có số răng nhiều Các máy cắt răng theo phương pháp bao hình có hai loại : loại có trục dao nghiêng và loại có trục dao không nghiêng Các máy 5C26B, 5C263, 527B, 5C273 (của Nga); các máy 116, 613, 614, 641, 645 của hạng Gleason (Mỹ); các máy ZFTKK250/1 và ZFTKK500/2 (của Đức) có trục dao nghiêng Các máy này có khả năng công nghệ rất rộng rãi và cho phép sử dụng một số chủng loại đầu dao

Các máy cắt răng 5C280Π, 527B, 5C27 Π, 5M27B (của Nga) và các máy

116, 641, 645, 650, 655 của hạng Gleason (Mỹ) được trang bị cơ cấu bao hình cải tiến, nó có thể thay đổi tốc độ bao hình của giá dao trong khi vẫn giữ cố định tốc độ quay của phôi Tốc độ quay chậm của giá dao lúc cắt ban đầu và quay nhanh ở lúc cuối hoặc ngược lại cho phép cắt lượng dư lớn ở một đầu của răng

và cắt lượng dư nhỏ ở đầu kia của răng

Cắt tinh răng bánh răng côn cong bằng phương pháp tiến dao dọc trục được dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ trên các máy 641, 645, 650 và

655 của hạng Gleason (Mỹ) Chiều quay của đầu dao trên các máy này trùng với chiều xoắn của răng Khi chiều sâu của rãnh răng đạt khoảng 90%, tốc độ chạy dao giảm, còn tốc độ cắt tăng lên tới tốc độ cắt tinh Sau khi cắt xong một rãnh răng, phôi được thực hiện quay phân độ để cắt rãnh răng tiếp theo

2.2.4 Phương trình bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng

cong hệ Gleason

Bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong hệ Gleason có thể

mô tả dưới nhiều dạng khác nhau, Ở đây ta chỉ mô tả bề mặt biên dạng răng

dưới hai dạng giải tích và ten xơ

2.2.4.1 Phương trình viết dưới dạng giải tích

Dựa theo nguyên lý tạo hình gia công bánh răng côn răng cong đã nêu trong chương I để viết phương trình biên dạng răng

Kết cấu đầu dao cắt gồm các lưỡi cắt trong và các lưỡi cắt ngoài Theo sơ

đồ cắt như hình (2-9)

Trong quá trình tạo hình bề mặt biên dạng răng bánh răng côn răng cong được hình thành theo phương pháp bao hình Hãy xét hệ tọa độ sau: và được liên kết cứng với bánh răng dẹt sinh, là hệ tọa độ cố định (hình 2-10)