Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Thiết kế và chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4D

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

55
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài đã nghiên cứu tổng quan bộ truyền bánh trụ răng thẳng, bộ truyền bánh răng trụ răng cong, thiết kế chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy tính, thử nghiệm chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Thiết kế và chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4D

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ TIẾN THANH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY CNC 4D CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS HOÀNG VỊ Thái Nguyên, năm 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ TIẾN THANH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY CNC 4D LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên, năm 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
i LỜI CAM ĐOAN ------------***------------ Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Thiết kế và chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4D” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Vị là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu sử dụng được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong mục tài liệu tham khảo. Các kết quả tính toán, nghiên cứu chưa từng được công bố ở một công trình nào khác. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm. Tác giả Lê Tiến Thanh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
ii LỜI CẢM ƠN ------------***------------ Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc thầy giáo PGS. TS Hoàng Vị đã tận tình, chu đáo giúp tôi tôi hoàn thành đề tài. Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong quá trình học tập, nguyên cứu và rèn luyện tại trường đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo, khoa cơ khí trường CĐ nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam- Hàn Quốc, đã tạo điều kiện cho tôi được học tập để nâng cao trình độ và giúp đỡ hỗ trợ tôi trong thời gian học tập và làm đề tài. Tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Dù đã cố gắng rất nhiều nhưng cũng không thể tránh được các sai sót trong luận văn. Tác giả rất mong muốn nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các đồng nghiệp để công trình được hoàn thiện hơn. . Xin chân thành cảm ơn và kính chúc các thầy, các cô sức khỏe và thành công. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... ...i LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ..ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. vi PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................... ..1 1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1 2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. ............................................................................ 3 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ............................................................ 3 3.1. Ý nghĩa khoa học. .............................................................................................. 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................ 3 4. Phương pháp và phương pháp luận. .................................................................... 3 4.1. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................. 3 4.2. Phương pháp luận. ............................................................................................. 4 5. Nội dung của đề tài. ............................................................................................. 4 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ ................... ..5 1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................... 5 1.2 Các loại bộ truyền bánh răng trụ .......................................................................... 5 1.2.1 Bộ truyền bánh răng thẳng ................................................................................. 5 1.2.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng ............................................................................. 9 1.2.3 Bộ truyền bánh răng chữ V .............................................................................. 11 1.3 Kết luận .............................................................................................................. 13 Chương 2: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG .......................... 14 2.1 Phần khái quát. ................................................................................................... 14 2.2 Bánh răng trụ răng cong ..................................................................................... 14 2.2.1 Đường răng ...................................................................................................... 14 2.2.2 Biên dạng răng ................................................................................................. 16 2.2.3 Các thông số hình học của bánh răng trụ răng cong. ....................................... 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
iv 2.3 Kết luận .............................................................................................................. 22 Chương 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY TÍNH ................................................................................................. 23 3.1 Công cụ phần mềm. ........................................................................................... 23 3.2 Thông số thiết kế của bộ truyền. ........................................................................ 23 3.3 Thiết kế bộ truyền động bánh răng trụ răng cong .............................................. 24 3.3.1 Thiết kế phôi .................................................................................................... 24 3.3.2 Thiết kế biên dạng răng. .................................................................................. 25 3.3.3 Thiết kế đường răng ......................................................................................... 28 3.3.4 Thiết kế bánh răng trụ răng cong. .................................................................... 30 3.4 Mô phỏng quá trình làm việc ............................................................................. 32 3.4.1 Thiết kế mô hình mô phỏng ............................................................................. 32 3.4.2 Mô phỏng quá trình làm việc của bộ truyền bánh răng trụ răng cong ............. 34 3.5 Kết luận .............................................................................................................. 36 Chương 4: THỬ NGHIỆM CHẾ TẠO BỘ TRUYỂN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG ...................................................................................................................... 37 4.1 Chế tạo thanh răng cơ sở .................................................................................... 37 4.1.1 Thông số hình học thanh răng cơ sở ................................................................ 37 4.1.2 Công cụ phần mềm .......................................................................................... 38 4.1.3 Thiết kế đường chạy dao.................................................................................. 38 4.1.4 Biên dịch chương trình gia công ...................................................................... 40 4.1.5 Phôi gia công ................................................................................................... 44 4.1.6 Máy gia công ................................................................................................... 45 4.1.7 Gia công thanh răng cong ................................................................................ 47 4.2 Chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong. ....................................................... 48 4.2.1 Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng cong ....................... 48 4.2.2 Công cụ phần mềm .......................................................................................... 50 4.2.3 Thiết kế đường răng ......................................................................................... 50 4.2.4 Biên dịch chương trình gia công. ..................................................................... 53 4.2.5 Máy gia công ................................................................................................... 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
v 4.2.6 Phôi gia công ................................................................................................... 58 4.2.7 Dụng cụ cắt ...................................................................................................... 59 4.2.8 Gia công bánh răng trụ răng cong.................................................................... 59 4.3 Ðánh giá độ chính xác của bộ truyền bánh răng trụ răng cong ......................... 62 4.4 Kết luận .............................................................................................................. 62 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................. 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TT Hình Nội dung Trang 1 Hình 1.1 Bánh răng thẳng 6 Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng 2 Hình 1.2 7 răng 3 Hình 1.3 Sơ đồ chuốt răng bao hình 7 4 Hình 1.4 Sơ đồ xọc răng bao hình 8 5 Hình 1.5 Nguyễn lý bao hình biên dạng răng 8 6 Hình 1.6 Bánh răng trụ răng nghiêng 9 Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên 7 Hình 1.7 10 máy phay vạn năng Phay bánh răng nghiêng bằng phương pháp 8 Hình 1.8 11 bao hình 9 Hình 1.9 Bánh răng chữ V 11 Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp 10 Hình 1.10 12 chép hình Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp 12 Hình 1.11 12 bao hình 13 Hình 2.1 Mô hình xác định đường răng 15 14 Hình 2.2 Biên dạng sinh của răng 17 15 Hình 2.3 Đường thân khai trong hệ tọa độ cực 17 16 Hình 2.4 Thông số hình học bánh răng trụ răng cong 19 17 Hình 2.5 Góc ăn khớp 20 18 Hình 2.6 Đường ăn khớp và cung ăn khớp 21 19 Hình 2.7 Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong 21 20 Hình 3.1 Đường tròn cơ sở 24 21 Hình 3.2 Thông số mặt trụ phôi 25 22 Hình 3.3 Các thông số của bộ truyền bánh răng thẳng 26 23 Hình 3.4 Tách biên dạng răng 26 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
vii 24 Hình 3.5 Vị trí biên dạng thân khai trong file thiết kế 27 phôi 25 Hình 3.6 Biên dạng răng được kéo dài 27 26 Hình 3.7 Khối trụ đi qua đường kính vòng lăn . 28 27 Hình 3.8 Cung tròn trên mặt phẳng tiếp tuyến. 29 28 Hình 3.9 Đường răng của bánh răng trụ răng cong 29 29 Hình 310 Hai đường cong răng trong một rãnh răng 30 30 Hình 3.11 Thiết kế rãnh răng 30 31 Hình 3.12 Hình dáng rãnh răng 31 32 Hình 3.13 Thông số lệnh sao chép theo dãy 32 33 Hình 3.14 Cặp bánh răng trụ răng cong 32 34 Hình 3.15 Gối đỡ 33 35 Hình 3.16 Ràng buộc các thông số lắp ghép 33 36 Hinh 3.17 Các cặp bề mặt đối tiếp 34 37 Hình 3.18 Thông số chạy mô phỏng 34 38 Hình 3.19 Góc quay camera thứ nhất 35 39 Hình 3.20 Góc quay camera thứ hai 35 40 Hình 3.21 Góc quay camera thứ ba 35 Bánh răng chủ động quay thuận chiều kim 41 Hình 3.22 36 đồng hồ 42 Hình 3.23 Bánh răng chủ động đảo chiều truyền động 36 45 Hình 4.1 Bán kính cong của thanh răng cơ sở 37 43 Hình 4.2 Bản vẽ thanh răng cơ sở 38 44 Hình 4.3 Biên dạng chạy dao 39 45 Hình 4.4 Các đường răng 40 46 Hình 4.5 Các dòng máy gia công trong phần mềm 40 57 Hình 4.6 Xác lập thông số gia công 41 48 Hình 4.7 Đường chạy dao 41 49 Hình 4.8 Thông số quá trình vào dao và thoát dao 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
viii 50 Hình 4.9 Sơ đồ đường chạy dao khi gia công 42 51 Hình 4.10 Mô phỏng quá trình gia công 42 52 Hình 4.11 Bản vẽ phôi gia công thanh răng cơ sở 45 53 Hình 4.12 Trung tâm CNC - VF2 45 54 Hình 4.13 Cài đặt thông số trên máy 47 55 Hình 4.14 Tổng thể quá trình gia công 48 56 Hình 4.15 Thanh răng sinh 48 57 Hình 4.16 Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong 49 58 Hình 4.17 Vị trí cung tròn đường răng 50 59 Hình 4.18 Đường răng 51 60 Hình 4.19 Góc giữa hai đường răng 51 61 Hình 4.20 Thông số lệnh sao chép đường răng 52 62 Hình 4.21 Các đường chân răng 52 63 Hình 4.22 Thông số cài đặt của lệnh Xform Roll 53 64 Hình 4.23 Đường chân răng trải ra trên mặt phẳng 53 65 Hình 4.24 Cài đặt trục thứ 4 54 66 Hình 4.25 Thông số quá trình vào dao và thoát dao 54 67 Hình 4.26 Mô phỏng quá trình gia công 55 68 Hình 4.27 Trung tâm CNC5D VF2 – TR160 57 69 Hình 4.28 Bản vẽ phôi gia công bánh răng trụ răng cong 58 70 Hình 4.29 Dao phay ngón mô dun 2.5 59 71 Hình 4.30 Quá trình gá phôi 59 72 Hình 4.31 Tổng thể quá trình cắt gọt 60 Màn hình hiện thị các thông số quá trình gia 73 Hình 4.32 60 công 74 Hình 4.33 Sản phẩm sau khi gia công xong 61 75 Hình 4.34 Sản phẩm bánh răng cong hoàn thiện 61 76 Hình 4.35 Vết tiếp xúc của bánh răng 62 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v
1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Bộ truyền bánh răng dùng phổ biến trong kỹ thuật để truyền chuyể n đô ̣ng và truyề n lực của các máy, thiế t bi kỹ ̣ thuật công nghiệp, xây dựng, y tế, đồ gia du ̣ng, phương tiện giao thông vâ ̣n tải thuỷ bộ, quốc phòng, hàng không vũ trụ… Truyền động bánh răng trụ có khả năng truyền lực lớn, đảm bảo tỷ số truyền ổn định, hiệu suất cao và truyền động êm. Các nghiên cứu về truyền động răng thường tập trung vào biên dạng ăn khớp, đường răng và các cơ cấu ứng dụng nó. Với những yêu cầu kỹ thuâ ̣t ngày càng cao như đô ̣ chính xác truyề n đô ̣ng, truyề n lực, ít ồn, ít rung động, đô ̣ bề n …thì các nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới như CAD-CAM-CNC để nâng cao chất lượng hiệu quả trong thiết kế, chế tạo bộ truyền bánh răng ngày càng phổ biến. Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật để truyền và biến đổi truyền động. Là cơ cấu chính để làm khớp nối, ly hợp, cơ cấu bánh răng bậc, cơ cấu hành tinh, hộp số, hộp truyền lực…Việc thiết kế bộ truyền bánh răng thẳng không khó, công nghệ chế tạo răng thẳng không quá phức tạp và đã hình thành qui trình chuẩn trên các máy công cụ chuyên dung để chế tạo răng chính xác. Mặt khác việc tháo lắp bộ truyền bánh răng thẳng khá đơn giản, có thể thay đổi vị trí ăn khớp theo phương dọc trục, trong truyền động không phát sinh thành phần lực dọc trục thuận tiện cho việc lựa chọn ổ và gối đỡ trục. Tuy nhiên bên cạnh các ưu điểm kể trên thì bộ truyền bánh răng thẳng còn có những hạn chế như hệ số trùng khớp không cao làm giảm khả năng tải, dễ hình thành khe hở gây rung động, va đập ở tốc độ cao. Trong trường hợp cần truyền động êm, truyền lực lớn hơn, tốc độ cao hơn thì việc sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng sẽ khắc phục được các hạn chế trên của bánh răng thẳng và kích thước bộ truyền cùng tỉ số truyền được giảm đáng kể nhờ hệ số trùng khớp của bánh răng nghiêng lớn hơn so với bánh răng thẳng. Mặc dù khả năng tải lớn, truyền động êm nhưng trong quá trình làm việc, sự ăn khớp răng nghiêng làm phát sinh thành phần lực dọc trục do đó chi phí ổ, gối đỡ trong truyền động răng nghiêng cao hơn nhiều. Đặc biệt ở các hộp truyền lực của máy khai thác mỏ, máy xây dựng và các phương tiện giao
2 thông, công trình hạng nặng hiện nay thường sử dụng bộ truyền bánh răng chữ V (double helical gear, herringbone gears), bộ truyền kiểu này hội đử các ưu điểm của truyền động răng, thành phần lực dọc trục tự cân bằng và không tác động lên gối ổ. Tuy nhiên thiết kế, chế tạo bánh răng chữ V khó, và chỉ đạt yêu cầu kinh tế kỹ thuật khi gia công trên các máy chuyên dùng của các nhà máy hiện đại vì vậy bánh răng chữ V rất đắt tiền, chỉ được sử dụng trong các thiết bị quan trọng. Các hướng nghiên cứu, cải tiến nâng cao chất lượng, hiệu quả của truyền động răng hiện nay khá đa dạng, biên dạng ăn khớp của nó được cải tiến, răng có cặp biên dạng không đối xứng đã được ứng dụng trong thực tế kỹ thuật. Tuy nhiên, cho đến nay đối với bánh răng trụ, chỉ có dạng đường răng thẳng và đường răng nghiêng (đường xoắn vít trụ). Thanh răng sinh cơ sở của chúng có đường răng là đường thẳng, hoặc nghiêng, hoặc chữ V. Giả thiết thanh răng sinh cơ sở của bánh răng có đường răng thay cho chữ V là cung tròn dạng chữ C, bánh răng trụ tương ứng của nó có đường răng dạng cung tròn. Đặc điểm của bánh răng loại này có góc nghiêng thay đổi từ giữa đến hai mặt mút. Theo dự đoán của nhóm nghiên cứu, loại bánh răng này có thể thay thế bánh răng chữ V trong các truyền động bánh răng trụ. Với ý tưởng tạo ra một loại bánh răng thay thế bánh răng chữ V có dạng chữ C trong không gian. Nếu tạo hình được đường răng cong dạng này chính xác thì răng sẽ có độ cong không đổi trên suốt chiều dài răng và khi đó đường răng sinh (thanh răng cơ sở) là cung tròn. Trong thực tế kỹ thuật, chưa có máy công cụ chuyên dùng để tạo hình đường răng cong dạng cung tròn cho bánh răng trụ, và trong thực tế kỹ thuật cũng chưa có bánh răng dạng này. Vì vậy việc nghiên cứu, phát triển mô hình truyền động răng dạng này là đóng góp mới cho kỹ thuật cơ khí. Và với các công cụ phần mềm CAD/CAM hiện đại cho phép thiết kế hình học các chi tiết có bề mặt hình học phức tạp và tự động lập trình các chương trình số để điều khiển máy công cụ CNC theo phương pháp điều khiển biên dạng là cơ sở tin cậy để chế tạo thành công loại răng này.
3 Trên cơ sở phân tích trên, tác giả đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY CNC 4D”. 2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. - Tổng quan về thiết kế và chế tạo răng trụ, và định hướng về nghiên cứu đường răng dạng chữ C trong không gian. - Cơ bản về hình học bánh răng trụ răng cong. - Thiết kế và mô phỏng bộ truyền trên máy tính. - Tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm bánh răng trụ răng cong. - Nhận định kết quả và hướng phát triền. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 3.1. Ý nghĩa khoa học. Kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp mới về cơ sở lý thuyết về tính toán, thiết kế hình học tạo hình bánh răng trụ răng cong; phương pháp thiết kế bánh răng trụ răng cong trên máy tính; phương pháp chế tạo bánh răng trụ răng cong trên máy công cụ CNC. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn. Phát triển ứng dụng công nghệ CAD-CAM- CNC để điều khiển quá trình tạo hình đường răng cong trên mặt trụ, trong chế tạo bánh răng trụ. Chế tạo được bộ truyền bánh răng trụ có dạng đường răng cong, đóng góp cho ngành kỹ thuật cơ khí trong thiết kế và chế tạo một loại bánh răng có tính năng kỹ thuật và ứng dụng cao. 4. Phương pháp và phương pháp luận. 4.1. Phương pháp nghiên cứu. Đề tài thuộc dạng nghiên cứu – triển khai, thực nghiệm. Việc nghiên cứu:
4 - Đề xuất ý tưởng mới và kiểm nghiệm ý tưởng đó bằng thiết kế trên máy tính, đưa ra một mô hình truyền động mới. Việc triển khai- thực nghiệm: - Xác lập cơ sở lý thuyết tạo hình bánh răng trụ răng cong. - Thiết kế hình học bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy tính. - Phân tích và lựa chọn được phương pháp tạo hình trong kỹ thuật. - Chế tạo thử bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4D. 4.2. Phương pháp luận. Trên cơ sở về kiến thức thiết kế, chế tạo truyền động răng và các ứng dụng bộ truyền bánh răng trong kỹ thuật, qua phân tích những ưu điểm và hạn chế của các bộ truyền bánh răng thẳng, răng nghiêng để đưa ra kiểu bộ truyền bánh răng mới có thể khắc phục được những hạn chế của chúng. Kiểu bộ truyền đó chính là bộ truyền bánh răng trụ răng cong. 5. Nội dung của đề tài. Các nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: 1. Tổng quan bộ truyền bánh trụ răng thẳng. 2. Bộ truyền bánh răng trụ răng cong. 3. Thiết kế chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy tính. 4. Thử nghiệm chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong. 5. Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
5 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ 1.1 Giới thiệu chung Truyền động bánh răng trụ dùng để truyền chuyển động và truyền mô men xoắn giữa hai trục song song làm việc theo nguyên lý ăn khớp. Hiện nay bánh răng trụ có 2 dạng đường răng là đường răng thẳng và đường răng xoắn vít trụ (răng nghiêng). Bộ truyền bánh răng trụ được dùng rộng rãi nhất và không thể thay thế vì truyền động bánh răng trụ có ưu điểm là tính thiết kế và chế tạo đơn giản, có thể ứng dụng các biện pháp công nghệ từ phay, bào, xọc, mài. Nhưng bên cạnh đó bộ truyền bánh răng trụ cũng có những hạn chế nhất định. Do đó việc nghiên cứu cải tiến về hình dáng, vật liệu để nâng cao hiệu quả sử dụng là rất cần thiết. 1.2 Các loại bộ truyền bánh răng trụ 1.2.1 Bộ truyền bánh răng thẳng Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng là bộ truyền có đường răng là đường thẳng song song với trục của bánh răng. Nó được dùng để truyền chuyển động giữa các trục song song với nhau. Các dạng đường cong dùng được chọn làm biên dạng răng của răng trụ răng thẳng là : - Đường cong thân khai (Ơle tìm ra năm 1760). Dạng đường răng này được dùng phổ biến nhất trong kỹ thuật vì chúng thỏa mãn định lý ăn khớp và có tỉ số truyền không đổi. - Đường Xicloit, truyền động bánh răng dạng này có độ chính xác cao nên được sử dụng chủ yếu cho bánh răng đồng hồ và bánh răng dụng cụ đo. Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học, động lực học được mô tả trong [5]
6 a. b. Hình 1.1: Bánh răng thẳng. a. Bộ truyền b. Biên dạng răng và đường răng Hiện nay bánh răng thẳng được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp chép hình (định hình) và bao hình. - Phương pháp chép hình là biên dạng răng được tạo ra nhờ chép đúng hình dạng của lưỡi cắt. Với phương pháp gia công chép hình thì quá trình cắt không liên tục, khi cắt thì cắt từng rãnh răng một, sau đó phân đô để cắt rãnh răng khác. Phương pháp gia công chép hình có: + Phay chép hình: Phương pháp này được sử dụng nhiều trên máy phay vạn năng có trang bị dụng cụ phân độ. Kiểu dao có thể là dao phay ngón hay dao phay đĩa. Khi gia công, chi tiết đựơc gá vào ụ phân độ, dao đựợc gá sao cho đừơng kính ngoài (dao phay đĩa mô đun) hoặc mặt đầu (dao phay ngón) trùng với đừơng sinh cao nhất của chi tiết. Sau đó, điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có chiều sâu theo yêu cầu. Gia công xong một răng thì dùng đầu phân độ để quay chi tiết 0 một góc 360 /z (với z là số răng cần gia công) rồi tiếp tục gia công răng tiếp theo, cứ thế cho đến hết.
7 Hình 1.2: Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng răng a. Sử dụng dao phay đĩa b. Sử dụng dao phay ngón + Bào định hình: Bào răng định hình được thực hiện trên máy bào răng với dao định hình cũng có prôfin giống prôfin rãnh răng hoặc dao thông thường với dưỡng. Khi gia công các rãnh răng thì cũng dùng đầu phân độ theo từng răng. + Chuốt định hình: Gia công bánh răng bằng phương pháp chuốt định hình cho năng suất và độ chính xác cao, thường dùng ở dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Theo phương pháp này, dao chuốt có prôfin giống prôfin của rãnh răng. Có thể chuốt một rãnh hoặc nhiều rãnh cùng một lúc. Sau mỗi hành trình của dao, một hoặc một số rãnh răng được gia công, muốn gia công các rãnh khác thì chi tiết được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân độ. Trên hình 1.3 là sơ đồ chuốt răng, dụng cụ cắt là một bộ dao định hình với từng nấc được lắp vào đầu chuốt. Lượng nâng của mỗi lưỡi cắt phụ thuộc vào chiều dày lớp phoi được cắt Sz, loại vật liệu bánh răng và tốc độ cắt v. Hình 1.3: Sơ đồ chuốt răng
8 - Phương pháp bao hình: Đây là phương pháp sản xuất răng phổ biến hiện nay, cho năng suất và độ chính xác cao. Với phương pháp bao hình thì biên dạng răng được hình thành bởi một họ đường cong bao hình. Quá trình gia công là nhắc lại ăn khớp của bộ truyền bánh răng thẳng. Khi đường bao là đường thân khai người ta dùng một bánh răng thứ 2 gọi là bánh răng sinh. Khi đường bao là đường thẳng, người ta dùng một thanh răng thẳng gọi là thanh răng sinh. Dụng cụ cắt bánh răng thẳng là dao xọc răng hoặc dao trục vít (dao phay lăn răng) còn thiết bị gia công là máy phay lăn răng hay máy xọc răng. Hình 1.4: Sơ đồ xọc răng bao hình Hình 1.5: Nguyễn lý bao hình biên dạng răng Bánh răng trụ răng thẳng có ưu điểm là đường răng thẳng nên dễ chế tạo, tính toán, dễ lắp láp, thiết bị và dụng cụ chế tạo đơn giản, rẻ tiền. Trong quá trình làm việc không có lực dọc trục vì vậy giảm chi phí cho ổ nên được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong đời sống. Nhưng chúng cũng có nhiều
9 nhược điểm như là hệ số trùng khớp thấp, khả năng tải không cao, độ ồn lớn vì khi ăn khớp, chịu tải và thôi ăn khớp cùng một lúc nên gây ra tiếng ồn cũng như khả năng chịu tải thấp. Muốn tăng hệ số trùng khớp thì phải tăng đường kính. Vì thế, trong các truyền động có tốc độ cao thì người ta dùng bánh răng trụ răng nghiêng. 1.2.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng Bánh răng nghiêng ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của bánh răng thẳng là hệ số trùng khớp lớn hơn cho nên khả năng tải lớn hơn so với bộ truyền bánh răng thẳng cùng mô đun. Cũng nhờ hệ số trùng khớp lớn nên bánh răng nghiêng truyền động êm hơn nên nó có thể làm việc ở tốc độ cao hơn nhiều so với bánh răng thẳng. Phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền mở rộng hơn bánh răng thẳng. Đường răng của bánh răng trụ răng nghiêng là đường xoắn vít trụ tròn, với dạng đường này hệ số trùng khớp tăng, hệ số tải lớn. Góc nghiêng của răng ở các bánh răng trong cùng một bộ truyền đều bằng nhau nhưng khác dấu. a b Hình 1.6: Bánh răng trụ răng nghiêng a. Bộ truyền b. Biên dạng răng và đường răng Trong bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng khi truyền động các đôi răng không vào tiếp xúc nhau trên toàn bộ chiều dài răng mà vào khớp dần dần, đường tiếp xúc lan dần trên chiều dài răng, đôi răng trước ra khớp bao nhiêu thì đôi răng sau vào khơp bấy nhiêu vào khớp nên các răng chịu tải và thôi tải dần dần. Ngoài
10 ra, trong vùng ăn khớp bao giờ cũng có ít nhất hai đôi răng. Vì răng nghiêng ăn khớp êm nên giảm tiếng ồn khi làm việc và tải trọng động giảm xuống. Do đó các bộ truyền quay nhanh, người ta sử dụng bánh răng nghiêng. Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học động lực học của bánh răng nghiêng được mô tả trong [5] Cũng như bánh răng thẳng, hiện nay bánh răng nghiêng được chế bằng hai phương pháp chủ yếu là phương pháp chép hình và phương pháp bao hình. - Khi chế tạo bằng phương pháp chép hình, việc gá dao và chi tiết cũng như phân độ để cắt răng giống như với răng thẳng, chỉ khác một điều là phải quay bàn máy đi một góc β phù hợp với góc nghiêng của răng. Để tạo được răng nghiêng cần thực hiện đồng bộ chạy dao của bàn máy và chuyển động quay của đầu phân độ. Khi quay bàn máy cần chú ý chiều nghiêng của răng trên chi tiết, đối với răng nghiêng trái thì bàn máy quay theo chiều đồng hồ khi nhìn từ trên xuống (hình 1.7) và khi răng nghiêng phải thì quay bàn máy ngược chiều đồng hồ. Hình 1.7: Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên máy phay vạn năng Phương pháp chép hình đạt năng suất, độ chính xác thấp và rất khó khăn trong việc điều chỉnh chính xác vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công. Phương pháp này được dùng chủ yếu trong các nhà máy sản xuất nhỏ hoặc trong cá nhà máy sửa chữa hoặc chế tạo các bánh răng có mô đun và đường kính lớn mà các phương pháp gia công khác không thực hiện được. Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp chép hình người ta chế tạo bánh răng trụ răng nghiêng bằng phương pháp bao hình. Điển hình cho phương pháp này là phay, xọc, mài. Ưu điểm của phương pháp này đường răng xoắn vít trụ nên độ cong và độ xoắn không thay đổi. Và công nghệ chế tạo được hoàn thiện với máy phay lăn răng cùng với công nghệ chế tạo dao phay răng răng.