Tìm hiểu chung về sản phẩm cơ khí loại bánh răng như: thông số, vật liệu chế tạo, phương pháp chế tạo, phương pháp xử lý nhiệt,... Bài viết chỉ tổng hợp lại các thông tin tìm kiếm được từ các trang web về lĩnh vực cơ khí.
BÀI TẬP LỚN CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG TÌM HIỂU VỀ SẢN PHẨM BÁNH RĂNG MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu chung sản phẩm I.Các đặc điểm Bánh phận khí quay có cắt khớp với phận khắc khác để truyền mơ-men quay Nó có hình dạng hình tròn với cấu tạo có rãnh liên tiếp Các hai bánh khớp có hình dạng giống Cấp xác bánh Theo tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN ) quy định Độ xác bánh có 12 cấp đánh số từ đến 12 ,mức độ xác giảm dần từ 1-12 , cấp cấp xác nhất, cấp 12 xác thường sử dụng cấp xác 6,7,8,9 ( ý: Độ xác bánh khác với quy định cấp độ xác chi tiết gia cơng 20 cấp xác) Ngồi cấp độ xác thì bánh còn quy định độ xác khe hở, để tránh tượng bị kẹt với mức độ khe hở giảm dần từ A, B, C, D, E, H ( H khe hở 0) Các thông số bánh Vòng đỉnh : - Vòng đỉnh đường tròn qua đỉnh răng, kí hiệu d a - Cơng thức tính: da = m.(z+2) Vịng đáy : - Vòng đáy vòng tròn qua đáy răng, kí hiệu d f - Cơng thức tính: df = m.(z−2.5) Vịng chia ( d ): - Vòng chia đường tròn tiếp xúc với đường tròn tương ứng bánh khác bánh ăn khớp với - Công thức tính: d = m.Z Số ( Z ): - Z số bánh - Công thức tính: Z = d/m Ngồi thì số nhỏ Zmin = 17 Bước ( P ): - Bước độ dài cung profin kề đo vòng chia - Cơng thức tính: P = m.π Modun ( m ): - Modun thông số quan trọng bánh răng, tất thông số bánh tính tốn qua modun bánh - Cơng thức tính: m = P/π giá trị modun thường từ 0.05 đến 100 mm Ví dụ modun tiêu chuẩn : Dãy 1: 1; 1.25; 1.5 ; ; 2.5 ; ; ; ; ; ; 10 ; 12 ; 16 ; 20 ; 25 Dãy 2: 1.125 ; 1.375 ; 1.75 ; 2.25 ; 2.75 ; 3.5 ; 4.5 ; 5.5 ; ; ; 11 ; 14 ; 18 ; 22 Chú ý: Mođun thông số quan trọng hai bánh muốn ăn khớp với thì Modun phải Chiều cao ( h ): - Chiều cao khoảng cách hướng tâm vòng đỉnh vòng đáy - Chiều cao đầu khoảng cách hướng tâm vòng đỉnh vong chia Cơng thức tính: = m - Chiều cao chân hf khoảng cách hướng tâm vòng chia vòng đáy Công thức tính: hf = 1.25m Vậy chiều cao h = + hf = 2.25m Chiều dày ( St ): - Chiều dày độ dài cung tròn profin đo vòng tròn chia - Cơng thức tính: St = P/2 = m/2 Chiều rộng rãnh ( Ut ): - Chiều rộng rãnh độ dài cung tròn đo vòng chia rãnh - Công thức tính: Ut = P/2 = m/2 II.Ứng dụng sản phẩm thực tế Bánh phận thiếu hệ thống vận hành chiếc xe hay máy móc cơng nghiệp Chúng thường sử dụng theo cặp, từ – 3,4 cặp Các cặp nối tiếp theo hình dạng song song Chúng có tác động trực tiếp tới việc truyền động, phân phối tới tốc độ nhanh hay chậm động Truyền động bánh sử dụng rộng rãi nhiều loại máy cấu khác để truyền chuyển động quay từ trục sang trục khác để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến ngược lại VD: hệ thống truyền động xe đạp, hộp số, dây chuyền sản xuất, Chương 2: Lựa chọn vật liệu chế tạo I.Căn lựa chọn vật liệu chế tạo bánh răng: Khi chọn vật liệu phải dựa vào yêu cầu cụ thể : + chịu tải thường (quay với tốc độ chậm, chịu tải trọng nhỏ, thường bánh hộp số máy cắt gọt thông thường ) + chịu tải lớn (hoạt động với tốc độ lớn, chịu tải trọng nặng bánh cẩu sau ô tô, hộp số, ) + khả công nghệ thiết bị chế tạo vật tư cung cấp, có yêu cầu kích thước phải gọn hay khơng + ngồi cư vào môi trường làm việc bánh răng, có ăn mòn hay chịu tác dụng lực hay ứng suất gì không, II.Vật liệu chế tạo bánh thường chia làm hai nhóm + Nhóm : độ cứng HB < 350, bánh thường thường hóa tơi cải thiện Nhờ độ cứng thấp nên cắt xác sau nhiệt luyện, đồng thời truyền có khả chạy mòn + Nhóm : có độ cứng HB >350 , bánh thường tơi thể tích , tơi bề mặt, thấm cacbon ,thấm nito dùng nguyên công tu sửa đắt tiền mài, mài nghiền v.v Răng chạy mòn phải nâng cao độ xác chế tạo , nâng cao độ cứng ổ trục Tuy nhiên dùng vật liệu nhóm thì ứng suất tiếp xúc tăng tới lần nâng cao khả tải truyền tăng tới lần so với thép thường hóa tơi cải thiện Độ cứng cao cho thấy độ bền bề mặt độ mài mòn Độ bền bề mặt cao hơn, khả chống lại tác động tiếp xúc cao Độ bền bề mặt chức sức nén tỉ lệ thuận với độ cứng Làm cứng bề mặt thông thường đạt quy trình làm cứng tạo vỏ cứng bề mặt bánh, để phần lõi mềm Vd: hộp giảm tốc chịu công suất trung bình nhỏ ,chỉ cần chọn vật liệu nhóm 1, đồng thời ý để tăng khả chạy mòn ,nên nhiệt luyện bánh lớn đạt độ cứng thấp độ rắn bánh nhỏ từ 10 đến 15 đơn vị : H1 > H2 + (10 … 15 ) HB Với công suất lớn chọn vật liệu bánh nhỏ thép nhóm 2, bánh lớn nhóm thuộc nhóm 2, nhiệt luyện bánh đạt độ cứng III.Cách lựa chọn vật liệu chế tạo bánh Chọn vật liệu bánh nhỏ tốt bánh lớn vì số chu kỳ làm việc bánh nhỏ nhiều bánh lớn Chọn vật liệu bánh cấp chậm tốt cấp nhanh vì momen trục cấp chậm lớn cấp nhanh, tải trọng lên lớn cấp nhanh IV.Một số vật liệu hay lựa chọn để chế tạo bánh Ngày tùy theo mục đích sử dụng môi trường làm việc mà lựa chọn vật liệu như: + Gang vật liệu bánh thông thường tính chất truyền tải tốt nó, gia công, dễ dàng tạo hình dạng phức tạp thơng qua đúc kim loại + Các thiết bị có dạng xốy trơn ốc có khuynh hướng sử dụng đồng vì khả chịu mài mòn vật liệu +Thép carbon thép hợp kim thường sử dụng làm vật liệu làm bánh máy hoạt động cường độ cao Vd: C45, 40X, 20X, + Khi lựa chọn vật liệu thay thế cho bánh răng, vật liệu gốm kim loại phun đã trở thành lựa chọn phổ biến làm vật liệu làm bánh Lý đơn giản vì dành cho ứng dụng cỡ nhỏ cần phải có khả chịu mài mòn cao, gốm kim loại phun sản xuất theo lô lớn dễ sản xuất so với hợp kim thép điển hình Cả hai vật liệu tạo thông qua trình đúc phun Bột gốm kim loại chuẩn bị làm ngun liệu Zirconia ơxít (ZrO2) loại gốm thông thường sử dụng cho trình Đối với bột kim loại, người sử dụng chuẩn bị hợp chất hợp kim mong muốn Một ví dụ pha trộn thành phần sắt, đồng, niken molypden (được sử dụng cho sức mạnh tổng hợp chống ăn mòn Oxit nhôm (AlO2) loại kim loại phổ biến khác Ví dụ: bánh hộp số xe tải nhẹ _ Phân tích điều kiện làm việc : Bánh hộp số làm việc điều kiện chịu tải trọng tĩnh va đập mạnh Bề mặt bị mài mòn làm việc bị ma sát hay cọ sát , chịu ứng suất lớn , lõi chịu ứng suất uốn Vùng chân dễ bị phá huỷ Chi tiết máy làm việc tải trọng thay đổi theo chu kỳ Để tạo chi tiết bánh đủ bền để chịu lực tác dụng lên người ta đã đặt yêu cầu vật liệu sau : + Yêu cầu bề mặt phải có độ tiếp xúc lớn + Răng phải có độ chịu mỏi mòn lớn , cộng chi tiêu kết hợp với tiêu độ bền , độ dẻo độ dai va đập ( tính tổng hợp) _Chọn mác thép để chế tạo bánh hộp số : yêu cầu làm việc cần chi tiết ta chọn thép thấm cácbon -20CrMo Thép thấm cacbon -20CrMo có ưu điểm sau: + Đảm bảo bánh chịu va đập tải trọng + Sau thấm cacbon lò liên tục ( dùng khí thiên nhiên , khí thu nhiệt amoniac ) nhiệt độ 880 – 980 º C , bánh trực tiếp dầu nóng, bể muối nhiệt độ 160 – 250 ºC Cách chế tạo rút ngắn thời gian nhiệt độ thấm , nâng cao tính chống mài mòn giảm độ biến dạng Ta thấy thép thấm cacbon hoàn toàn phù hợp để chế tạo chi tiết bánh hộp số _Thành phần hoá học mác thép : % C = 0,17 – 0,23 % Si ≤ 0,40 % Mn = 0,70 – 1,00 % P ≤ 0,035 % S ≤ 0,035 % Cr = 0,3 – 0,6 % Mo = 0,15 – 0,2 _Cơ sở để chọn mác thép với thành phần : 10 Thường xuyên tiếp xúc với ngoại cảnh môi trường ( nắng, mưa, bùn đất), Nội cảnh lực trọng lực, lực uốn cong, lực ma sát, Yêu cầu có chất liệu chống chịu lực chịu mòn mỏi trình hoạt động mà đảm bảo lõi giữ nguyên độ bền dẻo dai chịu va đập Muốn ta phải biến đổi tổ chức lớp bề mặt Ta thường dùng thép có hàm lượng Cr 0,5% hay 1,00 % chủ yếu để cải thiện tính ( dầu ) nâng cao phần độ thấm Nhưng nhược điểm bị giòn ram loại II ram cao nên sau ram thường làm nguội dầu ( thay vì khơng khí ) Tuy nhiên thêm khoảng 0,25 % Mo làm cải thiện độ thấm chống giòn ram loại II , dùng làm cho chi tiết trung bình ( > 50 mm ), hình dạng tương đối phức tạp Chương 3: Phương pháp chế tạo Có nhiều loại bánh răng, loại thì bánh chế tạo liền khối với trục, loại thì khoét lõm,… loại bánh chế tạo thường tuân theo quy luật sau : + Nếu đường kính ngồi (d) bánh d < 150 mm: Bánh chế tạo liền khối không khoét lõm + Nếu d < 600: Bánh thường khoét lõm để giảm khối lượng + Nếu d > 600: Bánh thường chế tạo vành riêng thép tốt, sau ghép vào moayer, loại tơt, mà chi phí gia cơng đắt I.Quy trình cơng nghệ Chọn mua nguyên vật liệu: vật liệu phải loại tốt nhất, phải cân nhắc lựa chọn mua thép tròn hay thép rèn, sau gia cơng bánh thơ theo kích thước cần thiết đưa vào cơng đoạn tiếp theo Về phải chọn vật liệu theo vẽ người thiết kế để tiến hàng gia công có trường hợp phải chọn vật liệu phù hợp với mục đích sử dụng 11 • Sử dụng máy tiện, máy phay để cắt thép tròn hay thép rèn gia công cho thuận lợi bước tạo tiếp theo Ngồi ra, vì kích thước thay đổi sau xử lý nhiệt, nên cần phải xem xét ký cơng đoạn • Cà công đoạn gia công xử lý tinh sau đã tạo hình Cà dùng để chỉnh kích thước đến đơn vị micro làm tăng độ xác • Xử lý nhiệt công đoạn giúp tăng độ cứng nếu xử lý nhiệt khiến bánh bị giòn trở nên dễ bị vỡ ngược lại nếu xử lý thiếu nhiệt thì khơng có đủ độ cứng cần thiết Sau xử lý nhiệt, kích thước sản phẩm bị thay đổi vì mà cần phải tính toán trước để bù trừ lượng thay đổi q trình gia cơng • Cao cơng đoạn quyết định kích thước biên dạng bề mặt bánh Tuy nhiên xét đến chuyển động quay bánh thì còn có nhiều yếu tố quan trọng khác để phòng độ lệch trục quay thì cần phải gia cơng tinh đường kính ngồi II.Các phương pháp gia cơng Có phương pháp là: phương pháp định hình phương pháp bao hình 1.Gia công bánh tinh tế nhờ phương pháp định hình Có cách áp dụng phương pháp gia công : sử dụng phương pháp phay định hình, xọc định hình chuốt định hình để tạo chi tiết bánh tuyệt vời ăn khớp Hầu hết phương pháp mang lại ưu điểm vượt trội, tạo nên bánh có khả truyền 12 chuyển động tốt Tuy nhiên, với phay định hình lại đạt độ xác thấp, bánh sau gia công tồn tại sai số biên rãnh chia độ Còn với phương pháp xọc định hình lại mang lại suất thấp thời gian chạy khơng điều chỉnh q lớn nên áp dụng Phương pháp gia công bánh áp dụng nhiều chuốt định hình suất cao độ xác phù hợp cho sản xuất bánh có kích thước lớn khơng trải qua nhiệt luyện mài dũa phương pháp phay bánh 13 phương pháp xọc 2.Gia công bánh xác nhờ phương pháp cắt theo nguyên lí bao hình Phay lăn theo phương pháo bao hình sử dụng phổ biến tạo sản phẩm có suất độ xác cao Sử dụng dụng cụ cắt dao phay lăn trục vít có biên dạng thân khai tại mặt cắt vng góc với đường xoắn vít 14 phay lăn Xọc bao hình thực dao dạng bánh hay máy xọc bao hình.Những ưu điểm mà mang lại tạo bánh thẳng, bánh nghiêng có nhiều bậc với khoảng cách bậc nhỏ mà phương pháp chế tạo bánh khác không làm Tuy nhiên gia cơng khơng thể nhanh chóng cắt hết chiều sâu rãnh lúc mà phải từ từ tiến dao hướng kính Do thời gian chạy gia cơng với thời gian lớn Ngồi còn có số phương pháp chế tạo bánh không cần cắt như: đúc, ép thiêu kết, III.Yêu cầu kỹ thuật bánh _ Độ không đồng tâm mặt lỗ đường tròn sở: 0,05 ÷ 0,1mm _ Độ không vuông mặt đầu tâm lỗ (hoặc trục): 0,01 ÷ 0,015mm/100mm đường kính _ Mặt lỗ cổ trục trục gia cơng xác đạt cấp _ Độ nhám bề mặt đạt: Ra = 1,25 ÷ 0,63 15 _ Các bề mặt khác độ xác đạt 8,9,10 Độ nhám Ra = 10 ÷ 2,5 (Rz = 40 ÷ 10) Chương 4: Phương pháp xử lý nhiệt Do yêu cầu làm việc, phải có độ cứng độ bền cần thiết, khơng cho phép có vết nứt, vết cháy, biến dạng nhiệt phải bé, tính phải ổn định trình làm việc Muốn đạt yêu cầu trên, cần phải có chế độ nhiệt luyện thích hợp • Đối với loại thép cacbon (kể thép hợp kim) sau cắt răng, người ta phải thấm cacbon • Với bánh có u cầu tính chịu mòn cao, người ta phải thấm nitơ • Trước gia công phôi bánh thường thường hóa tơi cải thiện để tăng tính cắt gt cng cn at l 220á280 HB ã Sau cắt răng, bánh được nhiệt luyện nhiều phương pháp khác Đối với bánh mơđun kích thước nhỏ thường tơi thể tích, còn bánh có mơđun lớn kích thước lớn thường tơi dòng điện tần số cao • Phương pháp tơi dòng điện có tần số cao thường có nhiều ưu điểm dễ điều chỉnh độ sâu lớp thấm tơi, biến dạng bé, độ bóng bề mặt không giảm nhiều Tuy nhiên vốn đầu tư vào thiết bị cao, vòng phải có vòng nung 16 khác nên khơng thích hợp với sản xuất nhỏ, đơn chiếc Ví dụ với vật liệu chọn thép mac 20CrMo : Do thép hợp kim có hàm lượng cacbin thấp(