1.5.1. Các ph−ơng pháp cắt răng côn thẳng
a. Ph−ơng pháp đinh hình
Theo ph−ơng pháp này thì dụng cụ cắt có profin giống nh− profin của rãnh răng đ−ợc gia công. Dụng cụ cắt răng trong tr−ờng hợp này là các dao phay modun đĩa và modun ngón. Trong sản xuất nhỏ và sản xuất đơn chiếc, ph−ơng pháp này đ−ợc dùng để gia công các bánh răng có cấp chính xác 9-11, trên các máy phay vạn năng có đầu phân độ. Trong sản xuất hàng loạt lớn và sản xuất hàng khối, ph−ơng pháp này đ−ợc thực hiện trên các máy chuyên dùng với các dụng cụ cắt chuyên dùng, do đó năng suất của ph−ơng pháp này tăng lên rõ rệt. Ví dụ, cắt một rãnh răng bằng ph−ơng pháp chuốt vòng đ−ợc thực hiện sau một vòng quay với thời gian 3ữ5 giây.
b. Ph−ơng pháp bao hình
Hiện nay ph−ơng pháp này là ph−ơng pháp chính để gia công các bánh răng côn thẳng. Khi cắt răng bằng ph−ơng pháp bao hình, profin răng đ−ợc tạo thành nhờ ăn khớp của bánh răng gia công với bánh dẹt sinh. Các l−ỡi cắt răng thẳng của các dao bào hoặc các răng của dao phay đĩa trong quá trình chuyển động bao hình tạo ra profin của răng gia công. Cắt răng côn răng thẳng bằng ph−ơng pháp bao hình đ−ợc thực hiện trên các máy bào răng côn bằng hai l−ỡi dao và trên các máy phay răng bằng hai dao phay đĩa. Bào răng là ph−ơng pháp có tính vạn năng cao nh−ng năng suất thấp, do đó, nó chỉ đ−ợc dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ. Cắt răng bằng hai dao phay đĩa trên máy phay răng có năng suất cao hơn và đ−ợc dùng trong sản xuất hàng loạt và hàng khối.
c. Ph−ơng pháp cắt răng theo d−ỡng
Ph−ơng pháp này đ−ợc dùng để gia công bánh răng có môdun lớn. Profin của răng gia công đ−ợc xác định bằng profin của d−ỡng. Máy để gia công bánh răng
côn thẳng theo ph−ơng pháp này đ−ợc dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ. Ph−ơng pháp này rất thích hợp đối với các nhà máy chế tạo máy hạng nặng. 1.5.2. Cắt răng côn răng thẳng bằng các dao phay đĩa môdun
Trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, bánh răng côn thẳng đ−ợc cắt bằng các dao phay đĩa modun trên các máy phay có đầu phân độ hoặc đồ gá chuyên dùng bằng ph−ơng pháp bao hình. Để cắt răng thô th−ờng ng−ời ta dùng các dao phay không mài profin, còn cắt tinh thì dùng dao phay có mài profin.
Thông th−ờng, khi cắt răng côn thẳng, dao dịch chuyển theo h−ớng đ−ờng sinh côn đáy. ở các máy đ−ợc chế tạo gần đây, chuyển động cắt dọc trục của giá dao là tổng hợp của ba chuyển động chạy dao khác nhau: chuyển động chạy dao h−ớng kính vuông góc với đ−ờng sinh của côn đáy, chuyển động chạy dao theo h−ớng đ−ờng sinh của côn đáy (bằng 200%ữ300% của chạy dao h−ớng kính) và chạy dao ra khỏi phôi (bằng 150%ữ200% của chạy dao theo h−ớng đ−ờng sinh của côn đáy ) nh− hình vẽ d−ới đây.
Chạy dao h−ớng kính vuông góc với đ−ờng sinh của côn đáy cho phép tăng tuổi bền của dao và giảm nguy cơ gãy mũi dao. Khi đạt tới toàn bộ chiều cao răng thì chạy dao h−ớng kính đ−ợc dừng lại nh− hình vẽ sau đây.
Dao phay
Dao phay
a)
b)
Hình 1.10: Cắt răng côn thẳng bằng các dao phay đĩa a, chạy dao theo h−ớng đ−ờng sinh của côn đáy
Khi cắt bằng dao hợp kim cứng không cần phải t−ới dung dịch trơn nguội. Trong một số tr−ờng hợp có thể đ−a dòng khí nén vào vùng gia công để làm sạch các hạt kim loại bám trên l−ỡi cắt của dao.
1.5.3. Cắt răng côn răng thẳng bằng hai dao bào răng
Cắt răng côn thẳng bằng hai dao bào răng đ−ợc thực hiện trên các máy bào răng theo nguyên lý bao hình. Trong quá trình cắt, bánh răng gia công và bánh dẹt sinh ăn khớp với nhau. Các dao bào răng thực chất là một răng của bánh dẹt sinh, còn các l−ỡi cắt thẳng của dao là các phía của các răng kề nhau của bánh dẹt sinh. Trong quá trình lăn bao hình giữa bánh răng gia công và các dao, profin của răng đ−ợc hình thành.
Ph−ơng pháp này có tính vạn năng cao, đảm bảo chất l−ợng gia công bằng dụng cụ đơn giản và rẻ tiền. Tuy nhiên, năng suất của máy thấp và ph−ơng pháp này chỉ dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
1.5.4. Cắt răng côn răng thẳng bằng hai dao phay đĩa
Ph−ơng pháp này có năng suất cao hơn so với ph−ơng pháp bào răng. Quá trình cắt đ−ợc thực hiện bằng hai dao phay đĩa ghép đôi 2 nh−ng nghiêng về hai phía và cùng nằm trong một rãnh răng của bánh răng gia công 1. Các mảnh dao 3 của dao phay này nằm xen giữa các mảnh dao 4 của dao phay kia nh− hình vẽ.
A A 1 7 2 6 A - A 4 3 5
1, bánh răng gia công; 2, các dao phay; 3, 4, các mảnh dao; 5, răng gia công; 6, mặt côn; 7, các l−ỡi cắt
Cắt răng côn thẳng bằng các dao phay đĩa có thể thực hiện bằng ph−ơng pháp bao hình, định hình hoặc ph−ơng pháp tổ hợp.
Khi cắt bằng ph−ơng pháp bao hình, các l−ỡi cắt của dao ngoài chuyển động quay còn thực hiện chuyển động bao hình với các bánh răng gia công trong mặt phẳng thẳng đứng để tạo thành profin răng. Trong quá trình cắt dao không dịch chuyển dọc theo răng gia công, cho nên đáy của rãnh răng hơi bị lõm. ở hai đầu của răng, chiều sâu rãnh răng giống nh− bản vẽ, còn ở giữa chiều sâu rãnh răng lớn hơn. Để tạo hình tang trống theo chiều dài răng thì các l−ỡi cắt 7 của dao phay 2 phải đ−ợc gá nghiêng một góc so với mặt phẳng quay của chúng. Khi quay, các l−ỡi cắt 7 tạo ra mặt côn 6, do đó chúng hớt một l−ợng d− ở hai đầu của răng 5 lớn hơn ở giữa răng. Độ tang trống của răng đ−ợc xác định bằng góc nghiêng của các l−ỡi cắt 7 và đ−ợc chọn phụ thuộc vào chiều dài của vết tiếp xúc. Chiều dài của vết tiếp xúc có thể đạt đ−ợc bằng (1/3 ữ 2/3) chiều rộng của răng.
Khi cắt thô răng bằng ph−ơng pháp định hình dùng hai dao phay đĩa thì giá lắc đ−ợc kẹp chặt ở vị trị trung tâm của vòng tròn thay cho bánh răng bao hình. Trong quá trình gia công, giá lắc và phôi đứng yên, còn bàn gá phôi dịch chuyển về phía dao phay. Sauk hi đạt đ−ợc chiều cao răng, phôi lùi ra để thực hiện quay phân độ.
Khi cắt răng bằng ph−ơng pháp tổ hợp, lúc đầu giá lắc bao hình nằm cố định ở vị trí trung tâm, còn bàn gá phôi dịch chuyển về phía dao phay. Profin của rãnh răng giống nh− profin của dao. Sau đó, khi đạt đ−ợc chiều cao răng, chuyển động chạy dao theo ph−ơng pháp định hình ngừng lại và chạy dao bao hình bắt đầu. 1.5.5. Cắt răng côn răng thẳng theo d−ỡng
Đ−ợc thực hiện trên các máy bào răng chuyên dùng bằng hai dao hay một dao theo p−ơng pháp định hình. Ph−ơng pháp này đ−ợc dùng để sản xuất các bánh răng có môdun lớn với cấp chính xác 8-9 trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
Hình vẽ d−ới đây là sơ đồ nguyên lý cắt răng theo d−ỡng bằng hai dao Các dao 11 thực hiện chuyển động tịnh tiến đi lại trên các máng tr−ợt 10 và có khả năng quay t−ơng đối so với trục nằm ngang 1, trục này đ−ợc gá trên giá dao 9. Khi gia công, giá dao quay t−ơng đối so với trục thẳng đứng 3, trục này đi qua tâm 2 của máy và đỉnh côn chia của bánh răng gia công 4. Con lăn 6 đ−ợc lắp trên thanh giằng 7, nó tr−ợt theo d−ỡng 5 khi giá dao 9 quay t−ơng đối so với trục 3. Trong quá trình gia công, phôi đứng yên, còn dao thực hiện chuyển động tịnh tiến đi lại để cắt hết chiều dài răng và chạy dao theo chiều sâu của răng. Khi thực hiện chạy dao theo chiều sâu, con lăn tr−ợt theo d−ỡng 5, còn các bánh răng 8 mở rộng các dao 11, nhờ đó mà profin của răng đ−ợc chép lại theo profin của d−ỡng với tỉ lệ nhỏ hơn.
Các bánh răng có môdun lớn đ−ợc cắt qua 5-6 b−ớc. B−ớc thứ nhất là cắt rãnh răng 1 bằng dao cắt rãnh hoặc dao hình chữ V hết toàn bộ chiều sâu của răng. Nếu b−ớc thứ nhất đ−ợc cắt bằng dao cắt rãnh thì b−ớc thứ hai cần cắt hai tiết diện tam giác 2, 3 bằng các dao chuyên dùng hoặc dao chữ V. Tr−ớc khi cắt tinh, cần cắt thêm l−ợng d− 5 (cho cắt tinh). Để nâng cao độ chính xác của mặt răng, cắt tinh đ−ợc thực hiện qua hai b−ớc nh− hình vẽ.
Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý cắt răng côn thẳng theo d−ỡng 1, trục nằm ngang; 2, tâm máy; 3, trục thẳng đứng; 4, bánh răng gia công;
5, d−ỡng; 6, con lăn; 7, thanh giằng; 8, các bánh răng; 9, giá dao; 10, máng tr−ợt; 11, các dao.
1.6. Các dạng sai hỏng khi phay bánh răng
* Răng không đều:
Do thao tác phân độ sai: - Quên di chuyển kéo theo cây ghim - Làm xê dịch kéo chia khi phân độ - Không xoá độ rơ trong ụ chia
* Răng đều nh−ng răng cuối bị to hoặc lép - Tính khoảng chia sai, d− hoặc thiếu 1 lỗ
- Siết không chặt kéo chia, khi chia bị rộng ra hoặc hẹp lại * Răng bị lệch
- Rà dao không đúng tâm chi tiết
- Lắp u chia và ụ động không song song với tâm bàn máy * Biên dạng răng không đúng
- Chọn dao sai: module hoặc số hiệu dao - Cắt chiều sâu răng không đúng
* Răng đều, nh−ng đỉnh răng phía to phía lép - Lắp chi tiết lệch tâm
- Mâm cặp không chính xác
- Chi tiết và trục gá không đồng tâm * S−ờn răng bị trầy s−ớt, có độ bóng thấp
- Dao mòn
- Chọn thông số cắt gọt không đúng - Lắp dao bị đảo
1.7. Các dạng sai số hình học th−ờng gặp của bánh răng sau khi làm việc
Khi truyền mô men xoắn, tại chỗ các đôi răng tiếp xúc sinh ra lực pháp tuyến vuông góc với bề mặt thân khai của răng. Ngoài ra, vì khi ăn khớp các răng tr−ợt lên nhau nên có lực ma sát. D−ới tác dụng của các lực này răng chịu trạng thái ứng suất phức tạp. ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn là các ứng suất chủ yếu, có ảnh h−ởng quyết định đến khả năng làm việc của răng. Đối với mỗi răng ứng suất thay đổi theo chu kì mạch động gián đoạn. ứng suất thay đổi là nguyên nhân làm tróc rỗ bề mặt răng và vì có ma sát khi ăn khớp làm cho bề mặt răng có thể bị mòn hoặc dính.
a) b) c)
Hình 1.13: Các dạng hỏng của bánh răng sau khi làm việc a) Tróc bề mặt răng; b) Mòn răng; c) Dính răng 1.7.1. Tróc vì mỏi bề mặt răng
Do ứng suất tiếp xúc gây ra (hình 1.13a). Đó là dạng hỏng bề mặt chủ yếu trong các bộ truyền đ−ợc bôi trơn tốt. Sau một thời gian làm việc, những vết nứt do mỏi bề mặt răng xuất hiện và phát triển theo h−ớng vận tốc tr−ợt (lực ma sát).
Tróc th−ờng bắt đầu ở vùng gần tâm ăn khớp (phía chân răng) vì tại đây ứng suất tiếp xúc và lực ma sát có trị số lớn nhất. Sở dĩ ứng suất tiếp xúc lớn vì lúc này (tại vùng tâm ăn khớp) chỉ có một đôi răng ăn khớp, răng chịu toàn bộ tải trọng ngoài, còn lực ma sát lớn vì áp lực lớn và hệ số ma sát lớn do vận tốc tr−ợt nhỏ.
Trong quá trình làm việc, các vết tróc phát triển và số các vết tróc cũng tăng dần. Do tróc, mặt răng mất nhẵn, dạng răng bị méo mó, tải trọng động tăng lên, quá trình tróc lại càng trở lên trầm trọng hơn, màng dầu giữa bề mặt tiếp xúc của đôi răng ăn khớp không hình thành đ−ợc, khiến mặt răng bị mòn hoặc x−ớc nhanh và cuối cùng toàn bộ bề mặt răng phía d−ới đ−ờng tâm ăn khớp bị phá hang. Bộ truyền nóng nhiều, rung mạnh, kêu to.
Tuy nhiên, sự xuất hiện những vết tróc đầu tiên không phải bao giờ cũng là dấu hiệu chứng tỏ mặt răng sắp hoàn toàn bị phá hỏng, có thể chỉ là hiện t−ợng tróc nhất thời. Tróc nhất thời xảy ra khi bề mặt răng có độ rắn thấp, tại phần chiều dài răng có tập trung tải trọng lớn (gây quá tải cục bộ tại phần này), do chế tạo không đ−ợc chính xác. Vì mặt răng tại đây bị tróc nên tải trọng phân bố đều hơn cho các phần khác của răng và hiện t−ợng tróc cũng ngừng phát triển. Nếu những vết tróc đầu tiên luôn luôn phát triển, lan khắp bề mặt chân răng, hiện t−ợng này gọi là tróc lan. Tróc lan đã xảy ra thì tiếp tục phát triển nhanh vì quanh vết tróc có thêm nhiều vết nứt nhỏ do tính chất giòn của vật liệu.
1.7.2. Mòn răng
Là dạng hỏng chủ yếu trong các bộ truyền bôi trơn không tốt nh− các bộ truyền hở hoặc kín nh−ng có các hạt mài mòn nh− bụi, các hạt kim loại bị mòn,…
Răng mòn nhiều ở đỉnh và chân răng vì tại đó vận tốc tr−ợt lớn. Mòn làm dạng răng bị thay đổi, tải trọng tăng lên, tiết diện răng giảm xuống và cuối cùng gãy răng.(Hình 1.13b)
Hiện nay ch−a có ph−ơng pháp tính bánh răng về mòn vì c−ờng độ mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố ngẫu nhiên rất khó xác định.
1.7.3. Dính răng
Xảy ra nhiều nhất ở các bộ truyền chịu tải lớn và có vận tốc cao (Hình 1.13c).
Tại chỗ răng ăn khớp nhiệt độ sinh ra quá cao, màng dầu bị phá vỡ, làm răng trực tiếp tiếp xúc nhau. Do áp suất và nhiệt độ cao, đôi răng dính vào nhau và
khi chúng chuyển động t−ơng đối, những mảnh kim loại nhỏ bị đứt khỏi răng này sẽ bám chặt lên bề mặt răng kia. Kết quả làm cho bề mặt làm việc của răng bị x−ớc nhiều, dạng răng bị phá hỏng.
1.7.4. Biến dạng dẻo bề mặt răng
Th−ờng xảy ra ở các bánh răng thép có độ rắn thấp, chịu tải trọng lớn và có vận tốc thấp. Tải trọng lớn gây biến dạng dẻo bề mặt răng. Lớp biến dạng dẻo bị lực ma sát lôi đi theo chiều vận tốc tr−ợt, cho nên bánh dẫn kim loại bị xô về đỉnh và chân răng, tạo thành các rãnh ở phần giữa. Còn bánh răng bị dẫn kim loại dồn vào giữa răng, làm răng bị nổi gờ, nh− vậy dạng răng bị hỏng, bộ truyền ăn khớp mất chính xác.
1.7.5. Hiện t−ợng tr−ợt biên dạng răng
Hai biên dạng ăn khớp với nhau là các bao hình của nhau, do đó trong quá trình ăn khớp chúng vừa lăn vừa tr−ợt trên nhau.Vận tốc tr−ợt t−ơng đối VuurM M1 2 tại điểm tiếp xúc M của hai biên dạng nằm theo ph−ơng tiếp tuyến chung nn với hai biên dạng tại điểm tiếp xúc M :
2
1 . 1 2
M M P M
V = uuurω −uuurω , trong đó P là tâm ăn khớp (hình 1.14).
Vận tốc tr−ợt càng lớn khi vị trí tiếp xúc giữa chúng càng xa tâm ăn khớp và chỉ bằng không khi vị trí tiếp xúc trùng với tâm ăn khớp.
Hiện t−ợng tr−ợt t−ơng đối này đ−ợc gọi là hiện t−ợng tr−ợt biên dạng. Hiện t−ợng tr−ợt biên dạng làm mòn bề mặt làm việc của răng, làm giảm hiệu suất của bộ truyền bánh răng. Độ mòn của biên dạng răng do hiện t−ợng tr−ợt gây ra ở phần chân răng bao giờ cũng lớn hơn độ mòn ở phần đầu răng.
Hình 1.14: Hiện t−ợng tr−ợt biên dạng ăn khớp
1.8. Các ph−ơng pháp phục hồi bánh răng sau khi sử dụng
Độ mòn của bánh răng làm giảm tính chất động học của bộ truyền, phá vỡ các chi tiết lắp ghép, làm tăng rung động và tiến ồn của máy.
Khi chế tạo các bánh răng cỡ lớn thì việc phục hồi chúng có ý nghĩa quan trọng vì tiết kiệm đ−ợc một l−ợng kim loại lớn. Ph−ơng pháp phục hồi bánh răng đã