Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP 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
TRỊNH THANH THIÊN

THÁI NGUYÊN, NĂM 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH BỀ MẶT BÁNH RĂNG
CÔN XOẮN VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG
BỀ MẶT RĂNG CÔN XOẮN KHI GIA CÔNGHọc viên: Trịnh Thanh Thiên
Lớp: K13 - CNCTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
Ngƣời HD khoa học: GS.TS. BÀNH TIẾN LONG
TS. NGUYỄN TIẾN ĐÔNG
Ngày giao đề tài: 01/11/2012
Ngày hoàn thành: 01/2/2013 LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên
cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài
liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn. Các kết quả kết quả tính toán, mô phỏng đƣợc
thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của GS. TS. Bành Tiến Long và T.S Nguyễn Tiến Đông
. Tác giả Trịnh Thanh Thiên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

4

Lời cảm ơn

Bằng tất cả sự kính trọng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TS.
Bành Tiến Long và T.S Nguyễn Tiến Đông - người đã tận tình hướng dẫn em trong
suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp, Khoa Đào tạo sau đại học, Ban giám hiệu trường Cao đẳng
công nghiệp Phúc Yên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học

4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài: 10
5. Ý nghĩa của đề tài: 11
6. Nội dung luận văn: 11
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 12
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG 12
1.1.1.Ƣu điểm 12
1.1.2.Nhƣợc điểm 12
1.1.3.Phân loại bánh răng côn răng cong. 13
1.2.CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ
GLEASON 14
1.2.1.Tỷ số truyền i. 14
1.2.2.Số răng Z 14
1.2.3.Mô đun 15
1.2.4.Chiều dài trung bình của đƣờng sinh côn lăn Le. 15
1.2.5.Chiều dài trung bình của đƣờng sinh côn lăn L. 15
1.2.6.Đƣờng kính đầu dao D
u
. 15
1.2.7.Hệ số chiều cao răng. 16
1.2.8.Khe hở hƣớng kính: 16
1.2.9.Góc áp lực . 16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

6

1.2.10.Góc côn ngoài. 16
1.2.11.Góc xoắn của răng 16
1.2.12.Chọn hƣớng răng 17

4.2 Chọn phôi 52
4.3 Chọn đầu dao 4
4.4 Nâng cao chất lƣợng đầu dao 4
4.4.1 Thấm Nitơ plasma 4
4.4.2 Phủ PVD – TiN 5
4.5 Chọn máy 6
4.6 Chọn máy chạy rà để kiểm tra vết tiếp xúc 7
4.7 Tiến hành thí nghiệm: 8
4.8 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 11
Kết luận và kiến nghị Error! Bookmark not defined.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

8


Phƣơng trình bề mặt của bánh răng dẹt sinh
27
7
Hình 2.6
Cắt bánh răng Z
1
và Z
2

28
8
Hình 2.7
Thiết lập công thức tính ten xơ quay.
31
9
Hình 2.8
Quá trình hình thành mặt hông răng
33
10
Hình 2.9
Hệ véc tơ xác định tọa độ điểm bề mặt hông răng
36
11
Hình 3.1
Nguyên lý gia công bánh răng côn xoắn
39
12
Hình 3.2
Tiết diện của các côn chia bánh răng
40

60
20
Hình 4.8
Thép P18 thấm ở 500
0
530
0
C
60
21
Hình 4.9
Đầu dao phủ PVD – TiN
61
22
Hình 4.10
Dao cắt bánh răng côn xoắn khi đƣợc lắp đầu dao
hoàn chỉnh
62
23
Hình 4.11
Máy gia công bánh răng côn răng xoắn
62
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

9

24
Hình 4.12
Máy chạy ra để kiểm tra vết tiếp xúc
63


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

10

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Bộ truyền động bánh răng nói chung hiện nay đang đƣợc sử dụng khá rộng rãi trong
các thiết bị máy móc do có nhiều ƣu điểm hơn so với các bộ truyền khác nhƣ 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 ƣu 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 ƣu điểm nhƣ vậy nhƣng việc gia công, tạo hình
chế tạo và nâng cao chất lƣợng bề mặt của bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòi hỏi
phải đƣợc 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

chất lƣợng bánh răng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

12

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
Bánh răng côn cong ngày càng đƣợc sử dụng nhiều trong ngành chế tạo ô tô,
máy kéo, máy bay…Hiện nay bánh răng côn răng cong đƣợc đƣa vào các ngành chế
tạo máy công cụ, cần cẩu, ô tô, máy nông nghiệp và các ngành công nghiệp khác vì
nó có các ƣu khuyết điểm nhƣ sau:
1.1.1.Ưu điểm
-Có khả năng thực hiện đƣợc tỷ số truyền lớn trong một không gian tƣơng 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 đƣợc kích thƣớc và trọng lƣợng của bộ truyền.
-Độ mòn của bánh răng ít, sự mòn của cặp Profil đối tiếp đồng đều.

1.1.3.Phân loại bánh răng côn răng cong.
Việc phân loại bánh răng côn răng cong đƣợc căn cứ vào dạng đƣờng xoắn
của răng trong mặt phẳng chia của bánh dẹt sinh.
Hiện nay bánh răng côn răng cong đƣợc chế tạo theo 3 dạng chính sau:
-Bánh răng có dạng cung tròn (Hệ Gleason) của Mỹ.Loại này thƣờng có
chiều cao răng thay đổi.
-Bánh răng có dạng xoắn theo chiều đƣờng thân khai kéo dài (Hệ Klin-
gelnberg) của Cộng hòa Liên bang Đức.
-Bánh răng có dạng răng xoắn theo đƣờng Epicycloid kéo dài (Hệ Oerli-
con) của Thụy Sĩ.Loại này thƣờng có chiều cao răng không đổi.
Ngoài ra còn có hệ Fiat-Mammano của Italia và Caraven Brother của Anh
nhƣng các hệ này đều dựa trên nguyên lý Oerlicon.
Tất cả các dạng răng nói trên đều đƣợc hiểu trong mặt phẳng chia của bánh
răng dẹt sinh.
Bánh răng côn răng cong mặc dù là loại chi tiết có độ phức tạp cao, tuy
nhiên nó vẫn đƣợc 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…) nguyên nhân là do
bánh răng côn răng cong có những ƣu điểm nổi bật sau:
-Có khả năng truyền động lớn và hệ số trùng khớp lớn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

14

-Tăng sức bền uốn và nén của răng, tăng tuổi thọ của bộ truyền.
-Sự ăn mòn của cặp profil đối tiếp đồng đều.
-Giảm tiếng ồn ngay cả khi số vòng quay lớn, có khả năng điều chỉnh vùng
ăn khớp.
-Hiệu suất sử dụng của máy gia công lớn.
1.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HỆ


ß
t
ß
s
ß
o
Shn
Rde
d
h2
d
r2
d
p2
dp2
dr2
dh2
dh2
dr2
hp1
dr1
dh1
hh1
b

Hình 1.1 Thông số hình học của bánh răng côn răng cong

1.2.3.Mô đun
Tùy theo dạng răng mà ngƣời ta sử dụng mô đun pháp tuyến m

cụ gia công bánh răng của các thầy Trịnh Minh Tứ, Bành Tiến Long, Trần Thế
Lục).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

16

1.2.7.Hệ số chiều cao răng.
Hệ số chiều cao răng đƣợc xác định trong tiết diện mặt đầu( f
s
) hoặc trong
tiết diện pháp tuyến (f
n
) tùy thuộc vào dạng răng và góc xoắn β; trị số tra bảng.
1.2.8.Khe hở hướng kính:
Khe hở hƣớng kính C đƣợc xác định trong tiết diện mặt đầu.Giá trị C đƣợc
tra trong các sổ tay bánh răng ( sách tính toán thiết kế bánh chi tiết máy)
1.2.9.Góc áp lực .
Phổ biến có các giá trị α=

14
0
30’ ; α=16
0
; α=17
0
30’ và α=20
0.
Việc chọn α phụ thuộc và tỷ số truyền i.Năm 1992 hãng Gleason quyết định
dung 2 loại góc áp lực α=14
0

p1

Trong đó δ
r1
;δ
r2
là góc côn chia của bánh răng chủ động và bánh răng bị
động.
v
p2
; v
p1
là góc chân răng của bánh chủ động và bánh bị động
δ
h1
; δ
h2
là góc côn ngoài của bánh răng chủ động và bánh răng bị động.
1.2.11.Góc xoắn của răng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

17

Góc xoắn của răng là góc giữa tiếp tuyến với hƣớng răng và đƣờng nối tâm
của điểm đó.Góc xoắn thay đổi dọc theo đƣờng răng nên ngƣời ta đƣa ra khái niệm
góc xoắn trung bình β
tb
đây là góc xoắn đƣợc xác định ở điểm giữa của vành răng.
Để lựa chọn đúng góc xoắn của răng phải tính đến ảnh hƣởng của các yếu tố
ăn khớp.Trị số góc xoắn liên hệ với hệ số trùng khớp tổng.Với bánh răng trụ răng

; b
max2
=10m
s

Tăng chiều rộng vành răng b so với các trị số trên không những không tăng
độ bền và khả năng làm việc của bộ truyền mà có thể hạ thấp những chỉ tiêu đó bởi
vì khi tăng chiều rộng vành răng một cách quá đáng,kích thƣớc răng ở đầu ngoài và
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

18

đầu trong khác nhau đáng kể, nên có sự tập trung tải trọng ở đầu bé của răng.Hơn
nữa tăng b quá đáng làm cho đỉnh răng ngày càng bé, dao vào cắt khó hơn.
1.2.14.Sự dịch chỉnh bánh răng.
Dịch chỉnh bánh răng có tác dụng cải thiện chất lƣợng ăn khớp.Bộ truyền
bánh răng dịch chỉnh chịu tải cao hơn bộ truyền không dịch chỉnh,sức bền tiếp xúc
có thể tăng 25%, sức bền uốn có thể tăng 100%, khả năng chống mòn chống dính
tăng.Ngoài ra khi thiết kế những bộ truyền có khoảng cách trục cho trƣớc nhiều khi
phải dùng bánh răng dịch chỉnh.
Có những loại dịch chỉnh sau:
-Dịch chỉnh theo chiều cao
-Dịch chỉnh tiếp tuyến
-Trong dịch chỉnh theo chiều cao có dịch chỉnh đều và dịch chỉnh gió
a) Dịch chỉnh chiều cao
Bản chất của dịch chỉnh theo chiều cao là profil của bánh răng nhận đƣợc sự
dịch chuyển vị trí, khi đó chiều cao đầu răng một bánh răng đƣợc tăng một lƣợng ξ
m

còn chiều cao chân răng giảm đi với cùng lƣợng đó.Với bánh răng thứ hai sẽ có sự

-Chiều cao toàn răng : h=2f
s
m
s
+C
-Chiều cao răng ở mặt đầu:
=m
s
(f
s
+ ξ
s
cosβ)
=2f
s
m
s
-
Trong đó ξ là hệ số dịch chỉnh chiều cao răng.
-Chiều cao chân răng ở mặt đầu.
=

-Góc côn chân răng:
tg
1
= ; tg
2
=
-Góc côn chia:
tg


D
2
=m
s
Z
2

-Đƣờng kính ngoài:
D
e1
=D
1
+2 .cos
1

D
e2
=D
2
+2 .cos
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

20

-Cự ly lắp ráp (khoảng cách từ đỉnh côn chia đến mặt tựa chuẩn )
A
1
=L

S
2
=πm
s
-S
1
Trong đó ξ là hệ số dịch chỉnh chiều cao (tra bảng)
τ là hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

21

CHƢƠNG II : TẠO HÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG

bánh dẹt sinh (giá lắc lƣ) và phôi đƣợc cắt có mối quan hệ động lực học với nhau thông
qua xích bao hình. Nếu bánh dẹt sinh chuyển động với vận tốc góc ω
d
và bánh răng
đƣợc cắt ω
k
có mối quan hệ động lực giữa chúng đƣợc viết:

(k = 1, 2)

Trong đó:

d
b
d
k
k
h
z
i
z
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

22

d
z
- số răng của bánh dẹt sinh;
k
z

4
. Bánh răng chuyển động quanh trục
của nó S
2
.

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelnberg
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 - Bánh dẹp sinh:
Nếu gọi vận tốc góc đầu dao ω
n
, ω
d
– vận tốc góc của bánh dẹp sinh; k – số đầu mối
của dao phay trục vít ta có:

d
n d d
nd
k
kz
z

2. Mối liên hệ động học giữa bánh dẹp sinh – giá lắc:

Trong đó:
dk
- Vận tốc góc tƣơng đối giữa bánh dẹp sinh và giá lắc
k


Đây là loại bánh răng côn xoắn có dạng răng theo đƣờng Epicyloid kéo dài,
chiều cao răng không thay đổi trên toàn bộ vành răng. Ta tƣởng tƣợng rằng một đƣờng
tròn trên đó có gắn chặt các profin cơ bản của bánh răng với đƣờng tròn cơ sở K
0
. Trên
bánh dẹp có các đƣờng xoắn theo dạng đƣờng Epicyloid kéo dài với profin thẳng trong
mặt phẳng pháp tuyến. Trên đầu dao bố trí các nhóm dao cắt mặt lồi và mặt lõ biên
dạng răng.
Để chế tạo bánh răng Oerlikon máy có chuyển động sau: Bánh dẹp sinh chuyển
động quay quanh trục tâm máy ( S
1
, S
1
* ); chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt của dầu
dao ( S
2
, S
2
* ); chuyển động của phôi quanh trục của nó ( S
3
, S
3
* ). Với chiều chuyển
động của phôi, dao, bánh dẹp sinh phù hợp cho ta các dạng răng epicicloit kéo dài hoặc
hypoit kéo dài.
Để tìm mối liên hệ động học giữa các cơ cấu chấp hành ta giả thiết rằng trục O
n

không chuyển động, đầu dao cùng với đƣờng tròn K