Tài liệu Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng côn xoắn và giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng côn xoắn khi gia công

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Trịnh Thanh Thiên NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH BỀ MẶT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG BỀ MẶT RĂNG CÔN XOẮN KHI GIA CÔNG CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY MÃ SỐ: ………………… TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. GS.TS. BÀNH TIẾN LONG 2. TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài: Bộ truyền động bánh răng nói chung hiện nay đang được sử dụng khá rộng rãi trong các thiết bị máy móc do có nhiều ưu điểm hơn so với các bộ truyền khác như bộ truyền xích, dây đai... Trong công nghiệp chế tạo ô tô, máy kéo, máy công cụ, trong ngành giao thông vận tải... các loại bánh răng sử dụng có độ chính xác rất cao, trong đó bánh răng côn xoắn có nhiều ưu việt hơn so với bánh răng côn thẳng nhờ tạo nên bộ truyền làm việc nhịp nhàng, êm, ít tiếng ồn, thời gian ăn khớp dài, độ bền răng lớn, độ mòn ít, độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ và có khả năng thực hiện tỷ số truyền lớn. Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng việc gia công, tạo hình chế tạo và nâng cao chất lượng bề mặt của bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòi hỏi phải được nghiên cứu đầy đủ mới có thể đảm bảo thiết kế và chế tạo sản phẩm bánh răng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất. Chính vì vậy việc “Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng côn xoắn và giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng côn xoắn khi gia công” là rất cần thiết Mục đích của đề tài: Nghiên cứu các phương pháp tạo hình bề mặt gia công bánh răng côn xoắn, ảnh hưởng của từng phương pháp tới chất lượng bộ truyền bánh răng côn xoắn. Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng côn xoắn khi gia công. Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - Máy: máy cắt bánh răng côn xoắn 525, 528... - Vật liệu gia công: Thép hợp kim 9XC, XBG 2. Phương pháp nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm. 3. Ý nghĩa của đề tài: - Ý nghĩa khoa học: - Ý nghĩa thực tiễn: 4. Nội dung luận văn: - Nghiên cứu các phương pháp tạo hình Xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình tạo hình và chất lượng của sản phẩm - Đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt - Lựa chọn 1 loại bánh răng côn xoắn trong ô tô du lịch, cắt thử và khảo nghiệm chất lượng bánh răng CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG VÀ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.1. - Ưu điểm Có khả năng thực hiện được tỷ số truyền lớn trong một không gian tương đối hẹp (i tới 1:8) - Độ bền của bánh răng lớn, tuổi thọ của bánh răng cao.Do có độ bền lớn nên với cùng một công suất có thể giảm được kích thước và trọng lượng của bộ truyền. - Độ mòn của bánh răng ít, sự mòn của cặp Profil đối tiếp đồng đều. - Ăn khớp êm, giảm tiếng ồn ngay cả khi có số vòng quay lớn.Có khả năng điều chỉnh vùng ăn khớp. - Độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ. 1.1.2. - Nhược điểm Lực chiều trục của truyền động bánh răng côn răng cong lớn hơn so với truyền động bánh răng côn răng thẳng do đó gây mòn răng và khó khăn cho việc thiết kế ổ. - Tính toán thiết kế phức tạp hơn so với bánh răng côn răng thẳng. - Thiết bị để chế tạo bánh răng côn răng cong đắt tiền. - Việc tính toán điều chỉnh máy phức tạp đòi hỏi phải có công nhân và kỹ thuật viên có tay nghề cao. - Các bảnh răng côn răng cong nhìn chung chưa thực hiện được nguyên công mài răng trừ bánh răng côn răng cong dạng cung tròn. 1.1.3.Phân loại bánh răng côn răng cong. - Bánh răng có dạng cung tròn (Hệ Gleason) của Mỹ.Loại này thường có chiều cao răng thay đổi. - Bánh răng có dạng xoắn theo chiều đường thân khai kéo dài (Hệ Klingelnberg) của Cộng hòa Liên bang Đức. - Bánh răng có dạng răng xoắn theo đường Epicycloid kéo dài (Hệ Oerlicon) của Thụy Sĩ.Loại này thường có chiều cao răng không đổi. Ngoài ra còn có hệ Fiat-Mammano của Italia và Caraven Brother của Anh nhưng các hệ này đều dựa trên nguyên lý Oerlicon. 1.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON. 1.2.1.Tỷ số truyền i. 1.2.2.Số răng Z 1.2.3.Mô đun ms=mn/cosβ 1.2.4.Chiều dài trung bình của đường sinh côn lăn Le. Le=0,5ms 1.2.5.Chiều dài trung bình của đường sinh côn lăn L. L=Le-0,5b (Trong đó b là chiều rộng vành răng) 1.2.6.Đường kính đầu dao Du. 1.2.7.Hệ số chiều cao răng. 1.2.8.Khe hở hướng kính: 1.2.9.Góc áp lực𝜶. 1.2.10 Góc côn ngoài. 1.2.11.Góc xoắn của răng 1.2.12.Chọn hướng răng 1.2.13.Chọn chiều rộng vành răng b. 1.2.14.Sự dịch chỉnh bánh răng. 1.2.15.Các kích thước profil răng: CHƢƠNG II : TẠO HÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON. 2.1 Tạo hình bánh răng côn răng cong 2.1.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ Gleason. Việc gia công bánh răng côn hệ Gleason dựa theo nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa các bánh răng dẹt sinh tưởng tượng (do chiều chuyển động của dao tạo nên) và phôi bánh răng gia công. (Hình 2-1). Dụng cụ cắt là dao phay mặt mặt đầu, trên đó có gắn lưỡi dao. Khi cắt răng đầu dao sẽ thực hiện hai chuyển động tạo hình : - Chuyển động quay quanh trục O (theo chiều S1); - Chuyển động quay quanh trục đầu dao O1 với vận tốc cắt V [m/phút] (theo chiều S2). Chuyển động S2 là chuyển động tạo hình đơn giản tạo ra chiều dài răng. Hình 2.1: Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ Gleason. 2.1.2 Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg khác với nguyên lý chế tạo bánh răng 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 dẹp sinh tưởng tượng ( giá lắc đóng vai trò là dao và bánh răng đóng vai trò là dao và bánh răng vai trò là phôi. Để tạo hình bánh răng Klingelnberg dao phay trục vít thực hiện chuyển động S3 quay quanh trục của nó tạo ra tốc độ cắt gọt, đầu dao thêm chuyển động phụ S1 để dao phay trục vít lắn trên mặt côn bánh dẹp sinh. Bánh dẹp quay quanh trục tâm máy với chuyển động S4. Bánh răng chuyển động quanh trục của nó S2. Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelnberg 2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon Để chế tạo bánh răng Oerlikon máy có chuyển động sau: Bánh dẹp sinh chuyển động quay quanh trục tâm máy ( S1, S1* ); chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt của dầu dao ( S2, S2* ); chuyển động của phôi quanh trục của nó ( S3, S3* ). Với chiều chuyển động của phôi, dao, bánh dẹp sinh phù hợp cho ta các dạng răng epicicloit kéo dài hoặc hypoit kéo dài. Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelnberg 2.2 PHƢƠNG TRÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG CỦA BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON 2.2.1 Các phƣơng pháp cắt. 1. Phương pháp một mặt cắt 2. Phương pháp cắt hai mặt đơn giản 3. Phương pháp gá đặt cố định 4. Phương pháp cắt hai mặt kép 2.2.2 Phương pháp bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong hệ gleason 2.2.2.1 Phƣơng trình viết dƣới dạng giải tích 2.2.2.2.Ứng dụng ten-xơ quay viết phương trình bề mặt răng của bánh răng cong răng côn hệ Gleason. 2.2.2.2.1. Thiết lập công thức tính ten xơ quay. 2.2.2.2.2.Thiết lập phương trình bề mặt của bánh răng côn răng cong hệ Gleason. Chƣơng III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẦU DAO GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON. 3.1. NGUYÊN LÝ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ GLEASON. b/2 b/2 3.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẾ TẠO BÁNH RĂNG GLEASON. Pi2 Pe2 Pi1 Pe1 Ren Pe2' Pe1' Ren' Rds Pi2' Pi1' Hình 3.2: Tiết diện của các côn chia bánh răng Trên hình vẽ biểu diễn khai triển một tiết diện của các côn chia bánh răng chủ động 1 và bị động 2.Mặt bên của rãnh Pi2Pe2 được tạo lên bằng lưỡi cắt ngoài của đầu dao có bán kính ren. Mặt lồi được tạo thành bằng lưỡi cắt trong đó có bán kính rin. Cùng một dụng cụ đó để cắt bánh răng củ động 1 mà sườn răng lồi Pi1Pe1 ăn khớp với Pi2Pe2 và . Các profil ăn khớp có các bán kính cong của răng khác nhau và phải ăn khớp tại Ps và Ps’ 3.3.CÁC LOẠI ĐẦU DAO GLEASON. 3.3.1.Đầu dao phay côn răng cong kẹp bằng cơ khí 3.3.1.1.Đầu dao phay thô. 3.3.1.2.Đầu dao phay tinh. 3.4.XÁC ĐỊNH KÍCH THƢỚC THIẾT KẾ CỦA ĐẦU DAO. 3.4.1.Số hiệu dao Nn= Góc xoắn trung bình thực tế sẽ được tính: 3.4.2.Đường kính danh nghĩa của đầu dao dn 3.4.3.Số lượng dao Zn 3.4.4.Lượng mở dao cắt Sn (Chiều rộng làm việc của dao) Với bánh chủ động: Với bánh bị động: 3.4.5.Thông số hình học. a)Góc tĩnh của đầu dao b)Góc tĩnh của lưỡi dao c)Các góc làm việc của dao 3.4.6.Chọn hướng quay của đầu dao. Khi nhìn từ phía sau thì đầu dao phải có chiều chuyển động theo hướng kim đồng hồ ,còn đầu dao quay trái thì ngược lại.Nếu hướng quay của đầu dao và hướng xoắn của chi tiết gia công giống nhau thì đầu dao luôn luôn cắt từ vành trong ra vành ngoài.Với bánh răng có tỷ số truyền i thì chọn hướng quay đầu dao thô và đầu dao tinh cùng chiều với hướng xoắn của chi tiết gia công.Với I=1:1 và 2:1 thì chọn ngược lại.Nói chung khi bánh răng có số răng ít thì nên sư dụng dao quay phải để nâng cao chất lượng bánh răng và tăng tuổi bền của dao. 3.4.7.Dạng mặt bên của dao cắt. Mặt bên là một trong những yếu tố kết cấu quan trọng của dao cắt, pfrofil răng của dao tùy thuộc vào dạng mặt bên đó.Nó cần thỏa mãn những điều kiện sau: - Giữ được dạng thẳng của cạnh cắt trên dao ngoài và trong ở tiết diện bất kỳ đi qua trục đầu dao, điều đó quan trọng đối với sự tiếp xúc điểm của profil cặp bánh răng. - Giữ được góc profil và không thay đổi ở tiết diện hướng kính bất kì và góc ăn khớp của cặp bánh răng tương ứng với chúng. - Giữ được trị số không thay đổi của đường kính đỉnh dao cắt ngoài và trong vì chúng ảnh hưởng đến trị số và vị trí vùng tiếp xúc với profil. - Giữ được các góc sau là những hằng số ở bất kỳ tiết diện hướng kính nào. CHƢƠNG IV THỰC NGHIỆM 4.1 Mục đích thực nghiệm Xác định ảnh hưởng của lưỡi cắt đến chất lượng của bánh răng côn xoắn. Sau quá trình thực nghiệm tiến hành kiểm tra sự ảnh hưởng độ mòn của dụng cụ tới chất lượng bề mặt bánh răng côn xoắn. 4.2 Chọn phôi Tiến hành thí nghiệm với 2 phôi Hình 4.2: Phôi được tiện côn CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU Số răng bánh chủ động và bánh bị động: Z1=Z2= 32. Mô đun pháp tuyến trung bình mms = 2,75. Kiểu răng: Cung tròn ( Hệ Gleason ) dạng 2 Bề rộng vành răng là b = 25mm Góc ăn khớp α=200 Góc xoắn trung bình βs = 35 Sau khi tính toán vẽ được bánh răng cần gia công 4.3 Chọn đầu dao Chọn dao là loại đầu dao phay Gleason có lưỡi kẹp bằng cơ khí. Vật liệu làm đầu dao: Sử dụng thép gió loại 18% W ( Liên xô ký hiệu thép P18 ) được phủ PVD – TiN Dao gồm 8 lưỡi cắt Sau khi tính toán vẽ được dụng cụ gia công côn xoắn: 4.4 Nâng cao chất lượng đầu dao Để nâng cao khả năng cắt của đầu dao bánh răng côn xoắn thì cần được thấm Nitơ Plasma và phủ Phủ PVD – TiN Theo các đánh giá sơ bộ, tuổi thọ dụng cụ khi phủ thường gấp từ 2 -3 lần so với khi không phủ. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp, ứng dụng cụ thể còn cho thấy tuổi thọ có thế tăng gấp 10 lần. 4.4.1 Thấm Nitơ plasma Hình 4.8: Thép P18 thấm ở 5000  5300C 4.4.2 Phủ PVD – TiN Đầu dao phay bánh răng côn xoắn sau khi được thấm nitơ Plasma xong đem đi phủ PVD – TiN Hình 4.9: Đầu dao phủ PVD – TiN Hình 4.10: Dao cắt bánh răng côn xoắn khi được lắp đầu dao hoàn chỉnh 4.5 Chọn máy Sử dụng loại máy cắt bánh răng côn xoắn chuyên dụng (Loại máy do Đức sản xuất) Phạm vi cắt của máy từ Φ 30 đến Φ220 ( mm ) Mô đun máy trong khoảng từ 1,5 đến 5 Hình 4.11: Máy gia công bánh răng côn răng xoắn 4.7 Tiến hành thí nghiệm: - Gá đặt dao: Cách gá phôi: Phôi được định vị và kẹp chặt bằng đai ốc Kiểm tra tổng quan trước khi cắt Hình 4.16: Bánh răng đang được gia công Cắt lượt 2 với chiều sâu cắt: t =1,5 mm, V = 105m/ph Tiến hành cắt 2 cặp bánh răng với đầu dao được phủ PVD – TiN và 2 cặp bánh răng chưa được phủ 4.8 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Bánh răng được gia công xong So sánh hai bánh răng được gia công bằng đầu dao khác nhau Bánh răng khi được gia công Bánh răng được gia công bằng bằng dầu dao được phủ PVD – đầu dao không phủ với V = 35m/p TiN với V = 105m/ph Hình 4.20: So sánh hai bề mặt răng Bề mặt răng được phóng to Bề mặt răng khi được gia công Bề mặt răng khi được gia bằng đầu dao phủ PVD – TiN công bằng đầu dao không với V = 105m/ph phủ với V = 35m/p Hình 4.21: Bề mặt răng được phóng đại Phân tích hình ảnh qua bề mặt răng ta thấy chất lượng bề mặt của bánh răng khi gia công bằng đầu dao được phủ PVD – TiN có chất lượng tốt hơn mặc dù được gia công ở vận tốc gấp 3 lần so với đầu dao chưa phủ. Ở bánh răng được gia công bằng dụng cụ không phủ có hiện tượng cháy đỉnh răng (vùng khoanh tròn) Phoi thoát ra đối với đầu dao được phủ bé hơn nên dễ thoát hơn, hệ số ma sát của đầu dao phủ PVD – TiN sẽ nhỏ hơn so với đầu dao chưa phủ. Phoi cắt của lưỡi dao chưa Phoi cắt của lưỡi dao phủ phủ khi cắt với chiều sâu PVD - TiN khi cắt với cắt t = 1,5 mm và V = 35 chiều sâu cắt t = 1,5 mm và m/ph V = 105 m/ph Hình 4.22: Phoi khi cắt xong Phoi cắt của đầu dao được phủ PVD –TiN dễ thoát hơn do phoi bé hơn rất nhiều so với đầu dao chưa phủ. Qua các hình ảnh thu được sau khi cắt xong có một số nhận xét so sánh giữa hai bề mặt như sau: Đặc tính Bề mặt răng khi đƣợc Bề mặt răng khi đƣợc gia gia công bằng đầu dao công bằng đầu dao không PVD – TiN phủ Bề mặt Khi sử được cắt bằng đầu Khi cắt xong bánh răng có răng dao phủ PVD – TiN thì hiện tượng bị cháy cạnh bề chất lượng bề mặt tốt hơn mặt răng ( được khoanh rất nhiều. Độ bóng bề mặt tròn trên hình vẽ ). cao Độ bóng bề mặt thấp hơn so với khi được gia công bằng đầu dao được phủ Độ bền Do được phủ bằng PVD – Độ cứng đầu dao kém hơn đầu dao TiN độ cứng của đầu dao đầu dao PVD – TiN được tăng lên gấp 5 -10 lần lên cắt được nhiều lần cắt hơn Phoi cắt Với đầu dao được phủ Phoi khó thoát hơn bằng PVD – TiN thì phoi thoát ra dễ hơn phoi Hệ số ma Hệ số ma sát giữa bề mặt Hệ số ma sát giữa đầu dao sát đầu dao được phủ và bề chưa phủ và bề mặt chi tiết mặt chi tiết gia công nhỏ gia công lớn hơn hơn Năng Cao hơn do vận tốc lớn Năng suất thấp do cắt với suất hơn nhiều lần so với đầu vận tốc thấp dao chưa phủ Còn rất nhiều ưu điểm khác khi gia công bằng đầu dao được phủ PVD – TiN so với đầu dao không được phủ nhưng do giới hạn đề tài nên tác giả chỉ nêu một số yếu tố chính Dựa vào kết quả thí nghiệm xin đưa ra một số giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng: