Tài liệu Nghiên cứu khảo sát thiết kế tính toán và chế tạo bánh răng côn cong dùng trong công nghiệp

Bé c«ng th−¬ng viÖn nghiªn cøu c¬ khÝ B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi Nghiªn cøu, kh¶o s¸t, thiÕt kÕ tÝnh to¸n vµ chÕ t¹o b¸nh r¨ng c«n cong dïng trong c«ng nghiÖp Chñ nhiÖm ®Ò tµi: ks . ®µo duy trung 6867 19/5/2008 hµ néi - 2007 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” MỤC LỤC CÁC THÀNH VIÊN VÀ CƠ QUAN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI………...3 MỞ ĐẦU.................................................................................................................... 4 Chương 1 TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ..................... 6 1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài ................................................................ 6 1.2 Tổng quan trong nước việc thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong.................... 8 1.3 Ưu nhược điểm của bánh răng côn cong........................................................ 13 1.3.1 Ưu điểm ................................................................................................... 13 1.3.2 Nhược điểm.............................................................................................. 13 1.4 Các hệ bánh răng côn cong và phạm vi nghiên cứu của đề tài....................... 14 1.4.1 Các hệ bánh răng côn cong..................................................................... 14 1.4.2 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng cong và phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................................................................... 14 Chương 2 NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ…………16 2.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn cong......................................................... 16 2.1.1 Đối với hệ Gleason .................................................................................. 16 2.1.2 Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg............................................. 17 2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon ................................................... 18 2.2 Truyền động bánh răng côn răng cong tròn ................................................... 19 2.2.1 Số răng của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn......................................... 19 2.2.2 Môđun...................................................................................................... 21 2.2.3 Góc nghiêng và hướng răng.................................................................... 22 2.2.4 Prôfin gốc và dạng răng chiều trục......................................................... 25 2.2.5 Chọn đường kính danh nghĩa của đầu dao ............................................. 28 2.2.6 Chọn hệ số dịch chỉnh và hệ số thay đổi chiều dày tính toán của răng prôfin gốc.......................................................................................................... 31 2.2.7 Hệ số để tính toán góc chân răng và góc đầu răng bánh răng côn có dạng răng dọc II ............................................................................................... 33 2.2.8 Tính toán các thông số hình học ............................................................. 35 2.3 Yêu cầu kỹ thuật ............................................................................................. 39 VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 1 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” 2.4 Kết luận Chương 2 ......................................................................................... 40 Chương 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO - CHẾ TẠO CẶP BÁNH RĂNG ................................................................. 41 3.1 Tính toán các thông số hình học và thiết kế ................................................... 41 3.1.1 Phần mềm tính toán và thiết kế ............................................................... 41 3.1.2 Các kết quả tính toán các thông số hình học và bản thiết kế .................. 45 3.2 Quy trình công nghệ chế tạo cặp bánh răng côn cong.................................... 51 3.2.1 Bánh răng chủ động (bánh răng quả dứa).............................................. 51 3.2.2 Bánh răng bị động (bánh răng chậu)...................................................... 52 3.2.3 Quy trình công nghệ nhiệt luyện ............................................................. 53 3.3 Thuật toán chương trình tính và điều chỉnh máy phay răng........................... 62 3.4 Kết quả chế tạo cặp bánh răng........................................................................ 67 3.5 Dụng cụ và phương pháp gia công bánh răng côn cong hệ Gleason ............. 68 3.5.1 Dụng cụ để gia công bánh răng côn cong hệ Gleason: .......................... 68 3.5.2 Các phương pháp gia công bánh răng côn cong hệ Gleason ................. 69 3.5.3 Chọn hướng quay của đầu dao ................................................................ 71 Kết luận Chương 3 ................................................................................................. 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ....................................................................... 73 Một số hồ sơ thử nghiệm, nghiệm thu có liên quan PHỤ LỤC 1 - Các số liệu tiêu chuẩn, tính toán thiết kế cặp bánh răng và dao cắt PHỤ LỤC 2 – Các kết quả tính toán thiết kế cặp bánh răng côn cong (in kèm Báo cáo) VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 2 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” THÀNH VIÊN NHÓM ĐỀ TÀI 1. Đào Duy Trung TS. Cơ khí, Chế tạo máy Viện Nghiên cứu Cơ khí 2. Nguyễn Mạnh Tuấn KS. Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 3. Nguyễn Khoa Nguyên Ths. Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 4. Lê Thanh Sơn TS. Cơ khí, Trung tâm nghiên cứu KT Cơ khí Chính xác - Đại học Bách khoa Hà Nội 5. Trần Đức Hưng Đại tá, Thsĩ. Cơ khí, Giám đốc xí nghiệp Cơ khí Chính xác 79, Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Bộ Quốc phòng DANH SÁCH CÁC ĐƠN VỊ CÙNG THAM GIA THỰC HIỆN 1. Viện Nghiên cứu Cơ khí 2. Trung tâm Kỹ thuật Cơ khí Chính xác - Đại học Bách khoa Hà Nội 3. Nhà máy Cơ khí Chính xác 79, Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 3 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” MỞ ĐẦU Bánh răng côn răng cong là loại chi tiết máy cơ khí có kết cấu phức tạp, tính toán thiết kế nhiều thông số, có quy trình công nghệ gia công cơ khí không đơn giản, cần gia công trên các máy chuyên dùng có độ chính xác cao. Tuy nhiên nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị máy móc thuộc các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế (thiết bị giao thông vận tải, thiết bị khai thác mỏ, thiết bị công nghiệp nhẹ, thiết bị công nghiệp nặng, thiết bị quân sự, đặc biệt sử dụng nhiều trong công nghiệp ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, v.v..), vì có rất nhiều ưu điểm trong truyền động, như: khả năng tải lớn, độ bền và tuổi thọ cao, làm việc êm ngay cả ở tỷ số truyền động lớn, đảm bảo truyền động với tỷ số truyền chính xác, cho phép có sai số lớn trong lắp ráp, giảm kích thước của bộ truyền . Nghiên cứu để tính toán, thiết kế và chế tạo bánh răng côn răng cong là một vấn đề cần thiết lúc này, đặc biệt hiện nay việc chế tạo bánh răng côn cong sẽ có một thị trường với tiềm năng lớn và sẽ được phát triển khi công nghiệp sản xuất ô tô trong nước đang được hình thành và có định hướng đi lên. 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 tạo 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 tạo phụ tùng thay thế dựa trên các thế hệ máy cũ của Liên xô 9 (cũ) và Cộng hoà Dân chủ Đức trước đây. Không chỉ việc nghiên cứu chế tạo mà tính toán thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo cũng chưa thực sự hoàn chỉnh, đặc biệt còn chưa áp dụng các phần mềm chuyên dụng cho khâu tính toán, thiết kế, điều chỉnh tự động theo chương trình máy cắt răng. 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 trường đòi hỏi. Trong khi đó trên thế giới việc gia công bánh răng đã được ứng dụng các công nghệ mới, tiên tiến, như việc: tính toán thiết kế bằng các phần mềm chuyên dụng cho thiết kế bánh răng, gia công trên máy CNC,..... Việc cho triển khai đề tài: “Nghiên cứu khảo sát, tính toán thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong dùng trong công nghiệp” là cần thiết, có ý nghĩa và hiệu quả kinh tế xã hội, đáp ứng đòi hỏi của thực tế hiện nay. VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 4 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Trong quá trình triển khai thực hiện, nhóm đề tài xin chân thành cám ơn Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công nghiệp, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Trung tâm nghiên cứu Kỹ thuật Cơ khí chính xác- Đại học Bách khoa Hà Nội, nhà máy cơ khí chính xác 79, Z111 - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, các cơ sở có liên quan, các công tác viên của đề tài đã hợp tác, giúp đỡ hoàn thành công việc. Thay mặt nhóm đề tài Chủ nhiệm ĐT TS. Đào Duy Trung VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 5 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Chương 1 TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài Theo những thông tin mới nhất cập nhật trên mạng, hiện nay trên thế giới ở một số nước như Mỹ, Nhật Bản, Cộng hoà Liên bang Đức, Ấn Độ, Hàn Quốc, Trung Quốc,…việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong tập trung một số hướng sau: - Mô phỏng 3D mặt răng của bánh răng côn cong; - Mô phỏng quá trình chế tạo 3D bánh răng côn cong; - Thiết kế tối ưu hoá bánh răng côn cong có răng cao dựa trên thuật toán di truyền học; - Thiết kế và mô phỏng sai số truyền động hình học bánh răng côn cong; - Mô hình hoá và mô phỏng các thông số 3D nhờ phần mềm Pro/eng.; - Mô phỏng lưới tải trọng và thử quan hệ động lực học bánh răng côn cong có chiều cao răng dài; - Mô hình hoá CAD 3D bánh răng côn cong hệ Gleason khi cắt răng thực tế; - Nghiên cứu chế tạo bánh răng côn cong bằng NC; - Nghiên cứu điều khiển số chế tạo bánh răng côn cong trên trung tâm gia công; - Lựa chọn tự động thông số truyền động của bánh răng côn cong và Hypoit; - Phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu độ bền bánh răng côn cong; - Phân tích đáp tuyến điều hoà trục chính máy mài lắp bánh răng côn cong; - Nghiên cứu bánh răng côn cong dạng WN được chế tạo bằng trung tâm gia công,….. Dưới đây là một số hình ảnh dây chuyền thiết bị và sản phẩm bánh răng được sản xuất trên thế giới (Hình 1.1 và 1.2). VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 6 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Máy cắt răng côn cong Phoenix 1000 HC Máy cắt răng côn cong Phoenix II 275HC Hình 1.1 – Hai máy cắt răng côn cong hãng Phoenix VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 7 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Hình 1.2 - Dây chuyền sản xuất và sản phẩm bánh răng côn cong 1.2 Tổng quan trong nước việc thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong Qua điều tra khảo sát thực tế, tại Việt Nam một số cơ sở thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong, như sau: - Trung tâm Kỹ thuật Cơ khí chính xác, khoa Cơ khí- Đại học Bách khoa Hà Nội; VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 8 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” - Xí nghiệp cơ khí Z29, nhà máy cơ khí chính xác 11, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng - Bộ Quốc phòng; - Công ty Cổ phần Cơ khí Hồng Lĩnh, Đại Mỗ, Hà Nội; - Công ty Cơ khí Nghiệp Hà Tây; - Cơ khí Trung tâm Cẩm Phả. Tuy nhiên, tại các cơ sở trên hiện nay trong quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo chưa thực sự hoàn chỉnh, quy trình công nghệ chế tạo, việc tính toán các thông số, đặc biệt các thông số hình học ( cho dao cắt và bánh răng ) và tính độ bền chưa được quan tâm đúng mức, chưa xây dựng phần mềm cho tính toán, thiết kế, phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng còn chưa hoàn chỉnh và chưa phù hợp với tiêu chuẩn; các thiết bị nhiệt luyện tại các cơ sở chưa đầy đủ và đồng bộ; chưa có thiết bị kiểm tra đánh chất lượng, bánh răng chế tạo ra có độ chính xác và độ ổn định chưa cao. Thực trạng cụ thể được trình bày dưới đây. Xí nghiệp cơ khí chính xác Z29, thuộc nhà máy Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng là đơn vị chuyên sản xuất các mặt hàng cơ khí cho ngành quốc phòng và cho nền kinh tế, trong đó có thiết kế, chế tạo các bánh răng côn cong, được đầu tư các thiết bị gia công của Liên xô (cũ), (các Hình 1.3 đến 1.6) từ gia công cắt thô đến cắt tinh và chạy rà từng đôi một. Đặc biệt cơ sở này còn được trang bị dây chuyền nhiệt luyện (thấm than thể khí, tôi trung tần, ủ,...) bánh răng sau khi gia công cơ khí. Các cặp bánh răng chế tạo của công ty này được dùng để thay thế cho các cặp bánh răng côn cong có môđun và số răng khá lớn, dùng cho ôtô mỏ và các thiết bị trong công nghiệp khai thác than và khoáng sản. Vật liệu chế tạo các cặp bánh răng này của xí nghiệp được nhập chủ yếu từ Cộng hoà Liên bang Nga, Nhật Bản và Trung Quốc. Xí nghiệp không có thiết bị kiểm tra độ chính xác chế tạo bánh răng. Trung tâm Kỹ thuật cơ khí chính xác, Khoa Cơ khí - Đại học Bách khoa Hà Nội được trang bị các thiết bị gia công bánh răng côn cong của Nga đã được tin học và CNC hoá, chế tạo các cặp bánh răng thay thế phụ tùng cho các máy móc công nghiệp trong ngành ôtô, thiết bị hoá chất, thực phẩm, công nghiệp chế biến nông sản, .... VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 9 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Hình 1.3 H×nh 1.5 - C¸c s¶n phÈm chÝnh cña C«ng ty Z79 Hình 1.7 VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG Hình 1.4 Hình 1.6 Hình 1.8 10 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Hình 1.9 Hình 1.10 Đó là máy cắt bánh răng côn cong ZFTKKR250 X5 của Cộng hoà Dân chủ Đức (cũ), dùng cho các máy móc thiết bị chịu tải và công suất không lớn, hệ Gleason của Mỹ (các Hình 1.7 đến 1.10 ). Các cặp bánh răng được gia công này có môđun và số răng bé hơn, song độ chính xác gia công cao hơn, làm việc êm, truyền chuyển động giữa hai trục vuông góc với nhau có độ chính xác động học khá. Trung tâm được trang bị các thiết bị nhiệt luyện bánh răng, như tôi thể tích, thấm C-N và ram. Trung tâm không có thiết bị kiểm tra độ chính xác chế tạo bánh răng. Công ty TNHH Nhà nước một thành viên Máy kéo và Máy nông nghiệp (Nhà máy Cơ khí Nông nghiệp Hà Tây cũ) thuộc Tổng Công ty Máy Động lực và máy nông nghiệp (VEAM) là nhà máy cơ khí nông nghiệp truyền thống. Ngay từ đầu những năm 70 của thế kỷ trước, cùng với các thiết bị gia công chế tạo các sản phẩm cơ khí nông nghiệp, công ty còn được trang bị một số máy 525, 528 và máy chạy rà 5PKM của Liên Xô cũ (các Hình 1.11 đến 1.14) gia công bánh răng côn cong. Các sản phẩm này chủ yếu dùng để thay thế các chi tiết cho đầu máy Diezen công suất nhỏ, một số hộp tốc độ trong máy công cụ,... và sản lượng độ 150 bộ/năm. Hình 1.11 VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG Hình 1.12 11 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” H×nh1.13 - M¸y rµ nghiÒn 5PKM H×nh 1.14 - C¸c s¶n phÈm b¸nh r¨ng c«n cong Các bánh răng chế tạo trên các thiết bị của Công ty này có môđun max đến 14mm và đường kính ngoài lớn nhất đến 400mm. Công ty không có thiết nhiệt luyện sau gia công cơ khí và kiểm tra độ chính xác. Nhà máy Cơ khí Trung tâm Cẩm Phả là một trong các trung tâm chế tạo cơ khí lớn nhất không chỉ ở vùng Đông Bắc mà còn của cả nước. Công ty được trang bị các máy móc thiết bị cơ khí gia công các chi tiết lớn, siêu trường siêu trọng, như: máy cắt, lốc uốn, rèn dập, gia công bánh răng thẳng và côn có đường kính 4 đến 5m, ... Ngoài ra, nhà máy còn được trang bị một số máy gia công bánh răng côn cong của Liên xô cũ, như máy 525, 528 và máy chạy rà cặp bánh răng côn cong (các Hình 1.15 và 1.17) có thể gia công bánh răng có đường kính ngoài lớn nhất đến 800 mm. H×nh 1.15 - M¸y c¾t r¨ng 525 cña Nga VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG H×nh 1.16 - M¸y c¾t r¨ng 528 cña Nga 12 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” H×nh 1.16 - M¸y ch¹y rµ cÆp b¸nh r¨ng c«n cong H×nh 1.17 - C¸c s¶n phÈm b¸nh r¨ng c«n cong 1.3 Ưu nhược điểm của bánh răng côn cong 1.3.1 Ưu điểm - Có khả năng thực hiện được tỷ số truyền lớn trong một không gian tương đối hẹp; - Truyền lực lớn, hệ số trùng khớp cao; - Độ bền và tuổi thọ 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 profin đối tiếp đồng đều; - Ăn khớp êm, giảm độ ồn ngay cả khi có số vòng quay lớn và có khả năng điều chỉnh vùng ăn khớp; - Độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ. Về gia công bánh răng,có một số ưu điểm sau: - Không bị cắt chân răng khi số răng nhỏ (Zmin= 5 răng); - Năng suất cao vì chuyển động cắt là liên tục; - Đối với dạng răng cung tròn, có thể mài răng. 1.3.2 Nhược điểm - Lực chiều trục của truyền động lớn hơn so với truyền động bánh răng thẳng, do đó gây mòn răng và khó khăn cho việc thiết kế ổ; - Tính toán thiết kế phức tạp hơn; VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 13 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” - Thiết bị chế tạo bánh răng loại này đắt tiền. 1.4 Các hệ bánh răng côn cong và phạm vi nghiên cứu của đề tài 1.4.1 Các hệ bánh răng côn cong Bánh răng côn răng cong được sử dụng nhiều trong các thiết bị công nghiệp, nhưng tập trung có ba hệ chính sau: - Bánh răng côn hệ Gleason ( của Mỹ ): Bánh răng côn răng cong có đường răng là cung tròn. - Bánh răng côn hệ Klingelnberg: Bánh răng côn răng cong có đường răng là đường thân khai kéo dài. - Bánh răng côn hệ Oerlikon: Bánh răng côn răng cong có đường răng là đường cong Epicycloid kéo dài. 1.4.2 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng cong và phạm vi nghiên cứu của đề tài Trong ba hệ bánh răng côn răng cong kể trên, bánh răng hệ Klingelnberg, Oerlikon có ưu điểm độ chính xác cao, 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 hệ bánh răng côn răng cong Gleason: chế tạo máy và dụng cụ gia công sẽ đơn giản hơn và có năng suất gia công cao hơn hẳn so với hai hệ trên. Trước đây các nước phương tây thường dùng dạng răng Klingelnberg, Oerlikon phục vụ cho công nghiệp ôtô. Ngày nay bằng sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã cho phép chúng ta ứng dụng công nghệ CAD/CAM, NC,… trong lĩnh vực gia công bánh răng (như phần 1.1 ở trên đã trình bày). Điều này cho tạo điều kiện để có thể 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 loại 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 răng cong hệ Gleason lại rẻ hơn rất nhiều so với hai loại trên. Cho đến nay, toàn bộ các thiết bị gia công bánh răng côn cong của Việt Nam nhập từ Liên xô 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 mặc, thực phẩm, nông nghiệp, VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 14 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” v.v.. thì cần thiết phải nghiên cứu bánh răng côn răng cong hệ Gleason với các thiết bị hiện có trên. Do vậy, trong đề tài này chúng tôi chỉ đi sâu nghiên cứu loại bánh răng côn răng cong hệ Gleason, có hai trục vuông góc với nhau, được gia công bằng các thiết bị trên cho phù hợp với tình hình đầu tư thiết bị hiện có và việc sản xuất bánh răng côn răng cong ở Việt nam. Nội dung các Chương đề cập đến tổng quan các vấn đề nghiên cứu; trình bày nguyên lý tạo hình và cơ sở tính toán thiết kế; tính toán, thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo, nhiệt luyện, điều chỉnh máy gia công, chế tạo hai cặp bánh răng côn cong dùng cho hộp số máy cào than,.. Nội dung nghiên cứu chính Để đáp ứng yêu cầu đặt ra của đề tài, nội dung chính của báo cáo đề cập đến các vấn đề sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan và phạm vi nghiên cứu của đề tài Chương 2: Nguyên lý tạo hình và tính toán, thiết kế Chương 3: Tính toán, thiết kế và xây dựng quy trình công nghệ chế tạo. Chế tạo cặp bánh răng Kết luận và kiến nghị VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 15 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Chương 2 NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH VÀ CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 2.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn cong 2.1.1 Đối với hệ Gleason Việc gia công bánh răng côn hệ Gleason dựa theo nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa bánh răng dẹt sinh tưởng tượng (do chuyển động của dao tạo nên) 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, đầu dao cắt sẽ thực hiện hai chuyển động tạo hình: - Chuyển động quay quanh trục O (theo chiều S1); - Chuyển động quay quanh trục đầu dao Of 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. Ngoài ra phôi còn chuyển động quay S3 quanh trục của nó. Để tạo profin răng, bánh dẹt sinh (giá lắc lư) và phôi được cắt có mối liên hệ động học với nhau thông qua xích bao hình. Nếu bánh dẹt sinh chuyển động với vận tốc góc ω d và bánh răng được cắt ω k , mối quan hệ động học giữa chúng được viết : i bh = ωd zd = ωk zk (k = 1, 2) Trong đó : zd - số răng của bánh dẹt sinh; zk -số răng của bánh răng 1 hoặc 2 (chủ động, bị động); ibh - tỷ số truyền chung của xích bao hình. Hình 2.1 - Nguyên lý tạo hình cắt bánh răng hệ Gleason VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 16 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Trong quá trình bao hình, bánh dẹt sinh thực hiện chuyển động quay không toàn phần xung quanh trục. Hình 2.2 - Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn cong hệ Klingelnberg 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. 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 dẹt sinh tưởng tượng (giá lắc) đóng vai trò là dao và bánh răng đóng vai trò là phôi (Hình 2.2). 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 lăn trên mặt côn bánh dẹt sinh. Bánh dẹt quay quanh trục tâm máy với chuyển động S4. Bánh răng chuyển động quanh trục của nó S2. Để tạo hình biên dạng răng của bánh răng máy cần phải thực hiện các mối liên kết động học giữa các khâu chấp hành: 1. Mối liên hệ động học giữa Dụng cụ cắt - bánh dẹt sinh : Nếu gọi vận tốc góc đầu dao ω n , ω d - vận tốc góc của bánh dẹt sinh; k số đầu mối của dao phay trục vít ta có : VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 17 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” ωd k = ⇒k ⋅ ω n = z d ⋅ ωd ωn zd 2. Mối liên hệ động học giữa bánh dẹt sinh - giá lắc : ω dk = ω d + ω k = ωn zd +ωk trong đó: ω dk - vận tốc góc tương đối giữa bánh dẹt sinh và giá lắc; ω k - vận tốc góc giá lắc. 3. Mối liên hệ giữa bánh dẹt sinh - phôi có thể viết : n ph ⋅ z d = n ph ⋅ k z d ⋅ sin δ ph + nk z d sin δ ph trong đó : δ ph - góc côn chia của bánh răng được cắt; nk - số vòng quay giá lắc. 2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon Hình 2.3 - Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn cong hệ Oerlikon Đây là loại bánh răng côn xoắn có dạng răng theo đường cong Epicycloid kéo dài, chiều cao răng không thay đổi trên toàn bộ vành răng. Nguyên lý chế tạo được nêu trên Hình 2.3 cho dạng răng này. Tưởng tượng rằng một đường tròn trên đó có gắn chặt các profin cơ bản của bánh răng với đường tròn cơ sở K0. VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 18 BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007 “ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp” Trên bánh dẹt 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 Oerlikon máy có chuyển động sau: Bánh dẹt sinh chuyển động quay quanh trục tâm máy (S1,S1*); chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt của đầu dao (S2,S2*); Chuyển động của phôi quanh trục của nó (S3,S3*). Với chiều chuyển động của phôi, dao, bánh dẹt sinh phù hợp cho ta các dạng răng Êpicicloit kéo dài hoặc hypoit kéo dài. Để tìm mối liên hệ động học giữa các cơ cấu chấp hành, giả thiết rằng trục On không chuyển động, đầu dao cùng với đường tròn K0 quay quanh On và mang đường tròn K0 quay quanh tâm S d , quan hệ chuyển động giữa ω n đầu dao - bánh dẹt sinh có thể viết: d = ω 2 zd 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 z ph và số răng của bánh dẹt sinh zd , có quan hệ sau: z d ω3 ω3 n = = ; z ph ω d ω 2 z ph Trong đó : n - là số nhóm dao trên đầu dao. Nếu coi sự ăn khớp đồng thời của đầu dao - bánh dẹt sinh - bánh răng được gia công, ta có phương trình : ω3 : ω2 : ωd = 1 1 1 = = z ph n z d 2.2 Truyền động bánh răng côn răng cong tròn So với truyền động bánh răng côn răng thẳng thì truyền động bánh răng côn răng cong tròn (sau đây gọi tắt là truyền động bánh răng côn răng cong) có độ bền lớn hơn, tiếng ồn nhỏ hơn và cho phép có sai số lớn trong lắp ráp. 2.2.1 Số răng của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn Khi thiết kế bánh răng côn cong cần tính đến khả năng gia công bánh răng trên máy với các bánh răng thay thế kèm theo máy. Với số răng của bánh răng là 6 ÷ 100, có thể thực hiện việc gia công răng khi bánh răng có số răng bất kỳ. Đối với số răng của bánh răng là 100 ÷ 200 thì chỉ có số răng có VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 19