Xây dựng phương pháp thiết kế và công nghệ để đảm bảo độ chính xác tiếp xúc của bộ truyền bánh răng côn thẳng có gờ chặn khi gia công trên máy phay CNC268

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hồng Lĩnh XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ CÔNG NGHỆ ĐỂ ĐẢM BẢO CHÍNH XÁC TIẾP XÚC CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN THẲNG CÓ GỜ CH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Hồng Lĩnh

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ CÔNG NGHỆ ĐỂ ĐẢM

CÔN THẲNG CÓ GỜ CHẶN KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Hồng Lĩnh

XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ CÔNG NGHỆ ĐỂ ĐẢM BẢO CHÍNH XÁC TIẾP XÚC CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN THẲNG CÓ GỜ CHẶN KHI GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 GS.TS Trần Văn Địch

2 PGS.TS Tăng Huy

Hà Nội – 2019

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa h c đ c l p c a riêng tôi Các ọ ộ ậ ủ

s u s d ng phân tích trong lu n án có ngu n gố liệ ử ụ ậ ồ ốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các k t qu nghiên c u trong lu n án do tôi t tìm hi u, phân tích m t cách ế ả ứ ậ ự ể ộtrung th c, khách quan và phù h p v i th c ti n c a Vi t Nam Các k t qu ự ợ ớ ự ễ ủ ệ ế ả này chưa

từng được tác giả nào khác công bố

ii

LỜI CẢM ƠN

Trân tr ng cọ ảm ơn các thầy giáo hướng d n, các th y cô giáo trong B môn Công ẫ ầ ộngh ệ chế ạ t o máy, Viện cơ khí, Phòng Đào tạo-B phộ ận đào tạ sau đạ ọc và Trườo i h ng

Đại h c Bách khoa Hà Nọ ội đã tạo những điều ki n t t nhệ ố ất để tác gi th c hi n lu n ả ự ệ ậ

án Đặc biệt, xin được bày t lòng biỏ ết ơn chân thành nhất đến các doanh nghiệp đã giúp đỡ ề v thi t b thí nghiế ị ệm và các chuyên gia trong các lĩnh vực liên quan đã đóng góp nh ng thông tin vô cùng quý báu và nh ng ý ki n ữ ữ ế xác đáng, để tác gi có th hoàn ả ểthành nghiên cứu này

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Hồng Lĩnh

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT V DANH MỤC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC HÌNH VẼ VIII

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 5

1.1 V trí truy ị ền động bánh răng côn răng thẳng 5

1.2 Phân loại bánh răng côn răng thẳng 6

1.3 Đặc trưng bánh răng côn răng thẳ ng có g ch n 7 ờ ặ 1.4 Các d ng truy ạ ền độ ng 8

1.4 Các phương pháp gia công bánh răng côn răng thẳng 9

1.4.1 Phương pháp định hình 9

1.4.2 Phương pháp gia công theo dưỡng 9

1.4.3 Phương pháp bao hình 10

1.4.4 Phương pháp gia công dập nóng 10

1.4.5 Phương pháp gia công bám biên dạng SSM 11

1.5 Thông s b truy ố ộ ền bánh răng côn răng thẳng 15

1.6 D ch ch nh b ị ỉ ánh răng côn răng thẳng 17

1.6.1 H d ch ch ệ ị ỉnh Glenson 18

1.6.2 H d ch ch ệ ị ỉnh theo tiêu chu n BSS ẩ 18

1.6.3 H d ch ch ệ ị ỉnh Râynekơ (Bingram) 19

1.6.4 H d ch ch ệ ị ỉnh DIN: 19

1.6.5 H d ch ch ệ ị ỉ nh ti p tuy n 20 ế ế 1.6.6 H d ch ch ệ ị ỉnh cao: 20

1.6.7 H d ch ch ệ ị ỉnh góc: 21

1.7 Phương trình đường thân khai 22

1.8 T ng quan v tình hình nghiên c u ổ ề ứ 23

K t lu ế ận chương 1 26

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẰNG CÓ GỜ CHẶN VỚI THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ VẾT TIẾP XÚC 27

2.1 Đánh giá chất lượng qua các thông s hình h ố ọc 27

2.1.1 Thông s ố vĩ mô 27

2.1.2 Thông s vi mô ố 28

2.1.3 Ki m tra BRCG trên máy ZE800 ể 32

2.2 Đánh giá chất lượ ng qua v t ti p xúc ế ế 36

2.2.1 Cơ sở lý thuy ết ăn khớ p không gian 36

2.2.2 S hình hình thành v t ti p xúc: ự ế ế 38

iv

2.2.3 Yêu c u k ầ ỹ thuậ ề ế ế t v v t ti p xúc 39

2.2.4 Phương pháp kiể m tra v t ti p xúc ế ế 40

2.2.5 ng d Ứ ụng Matlab để xây d ng v t ti p xúc ự ế ế 40

2.2.6 Tinh ch nh b m ỉ ề ặt để nâng cao ti p xúc ế 45

Kết luận chương 2 48

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 49

3.1 T ng quan ph n m m ADP ổ ầ ề 49

3.2 Xây d ng ph n m ự ầ ềm 55

3.2.1 Xây dựng chương trình tính to án thi t k d u 2D ế ế ữ liệ 55

3.2.2 Xây dựng chương trình tính toán thiế ế ữ ệ t k d li u 3D 58

3.2.3 Tinh ch nh b m ỉ ề ặt răng 66

3.3 Đánh giá độ tin c y c a ph n m m ADP với Inventer và kisssoft 67 ậ ủ ầ ề 3.4 ng d ng k Ứ ụ ết qu d u c a ph n m ả ữ liệ ủ ầ ềm để gia công BRCG 69

K t lu ế ận chương 3 73

CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ TOÁN HỌC BẰNG THỰC NGHIỆM GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CHẤT LƯỢNG ĐẶC TRƯNG ĐẦU RA VÀ CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG BRCG TRÊN MÁY PHAY CNC 3 TRỤC 74

4.1 Cơ sở lý thuy t v ế ề ối ưu hóa đa mụ t c tiêu [38] 74

4.1.1 Các phương pháp ế ế thi t k thí nghi m ệ 74

4.1.2 Các mô hình x p x n i suy ấ ỉ ộ 78

4.1.3 Tối ưu hóa đa mục tiêu 81

4.2 T ối ưu hóa các thông số công ngh khi gia công BRCT trên máy phay CNC ệ 3 tr c ụ 82

4.2.1 Mô t bài toán ả 82

4.2.2 Quy trình th c hi n t ự ệ ối ưu hóa đa mục tiêu 82

4.2.2 Phương pháp thự c hi n 83 ệ 4.2.3 Xây d ng mô hình x p x ự ấ ỉ 87

4.2.4 Tối ưu hóa bài toán 103

K t lu ế ận chương 4 104

KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 110

CỦA LUẬN ÁN 110

PHỤ LỤC 1

1 K t qu ế ả chạy chương trình tối ưu 1

2 B ng s ả ố liệu đồ thị hình 4.24, 4.31, 4.38, và 4.45 2

3 B ng d u t ả ữ liệ ối ưu hóa 4

4 Hình nh s n ph m BRCG Z11- ả ả ẩ 16m8 13

v

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Zi, Z’ S ố răng và s ố răng quy đổi ủa bánh răng côn răng thẳc ng

m, m’, m” Modul danh nghĩa , modul tạ ếi ti t di n nh nh t và modul t i tâm ti p xúc ệ ỏ ấ ạ ế

Lượng d ch chị ỉnh góc đầu răng

Dei, Dii, Di Đường kính vòng đỉnh, vòng chân, vòng lăn

iK, DiK Góc và đường kính d ch ch nh ị ỉ

τ H s d ch ch nh ti p tuy n ệ ố ị ỉ ế ế

(X,Y,Z) H ệ trục tọa độ đề các

( , r) H ệ trục tọa độ ực c

i j k Vec tơ chỉ phương x, y, z

a, b Chiều dài và chi u r ng vai vát tr răng ể ộ ụ

Ffa, Fha, Fa Sai s hình d ng profile, sai s góc profile và sai s t ng profile ố ạ ố ố ổ

Ca Caa Caf Profile tang trống profile vát mép và profile chân răng

fp, Fp Sai s ố bước đơn và sai số ổng bướ t c

fu, Fr Sai s ố răng đến răng và sai số runout

ffb, fHb, fb Sai s hình d ng lead, sai s góc lead và sai s t ng lead ố ạ ố ố ổ

RB Bán kính cơ sở ạ t i m t nón l n ặ ớ

k1I, k1II Độ cong c a m t phủ ặ ẳng răng 1

k2I, k2II Độ cong c a m t phủ ặ ẳng răng 2

Góc tạo b i 2 vecto ở e1 và e2

vi

Ae, Be Hai trục của elip v t ti p xúc ế ế

ff , fH , F Sai s hình d ng, sai s góc, sai s t ng profile ố ạ ố ố ổ

ff , fH , F Sai s hình d ng, sai s góc, sai s t ng lead ố ạ ố ố ổ

Fp, fu Sai s ố bước đơn, sai số bước tích lũy

Biến d ng v t liệạ ậ u ti p xúc ế

bc, hc Chiề ộu r ng và chi u dài v t tiếp xúc ề ế

be, he Chiề ộu r ng và chi u dài t i đa v t ti p xúc ề ố ế ế

Sf H tệ ọa độ c nh ố đị

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

B ng 1.1 Công th c tính thông s b truy n ả ứ ố ộ ề BRCT 16

B ng 1.2 S ả ố răng nhỏ nh t tránh hiấ ện tượng cắt lẹ 17 m B ng 1.3 H s ả ệ ố đầu răng K’ khi dịch chỉnh theo h Glensonệ 18

B ng 1.4: Giá tr d ch chiả ị ị ều cao đầu răng đố ới v i m = 1 19

B ng 1.5 B ng tra s ả ả ố răng nhỏ nhất thự ếc t cho phép c a bánh ủ răng hình nón 19

B ng 1.6: H s d ch ch nh ti p tuyả ệ ố ị ỉ ế ến τ dùng cho BRCT 20

B ng 2.1: T l phả ỷ ệ ần trăm vết tiếp xúc của bánh răng côn theo JIS B1741 40

B ng 2.2 Thông s tả ố ọa độ ự c c điểm ti p xúcế 44

B ng 3.1 Tả ọa độ các điểm đ xây dựể ng b n v ả ẽ bánh răng có vai 56

B ng 3.2 Tả ọa độ các điểm đ xây dựể ng b n v ả ẽ bánh răng tiêu chuẩ 57 n B ng 3.4: Thông s ả ố thiết kế đánh giá độ tin c yậ 67

B ng 3.5 Giá tr tả ị ọa độ lý thuyết của các điểm trên profile răng 69

B ng 4.1 S ả ố lượng thí nghi m parameter studyệ 75

B ng 4.2 Thành ph n thép 20XMả ầ 84

Bảng 4.3 Ma trận thực nghiệm 88

B ng 4.4 D ả ữ liệu đo kiểm các điểm thí nghi mệ 89

Bảng 4.5 Đánh gia độ tin cậy mô hình 91

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Phân loại bánh răng dựa vào v trí tr c 5ị ụ

Hình 1.2 Các dạng bánh răng côn 5

Hình 1.3.Các loại BRCT vớ ịi v trí m t chu n 6ặ ẩ Hình 1.4.Các loại BRCT với vị trí m t chu n lặ ẩ ắp ghép đúng 6

Hình 1.5 Hình dạng vành răng của BRCT 7

Hình 1.6 BRCT có gờ và không có g ờ chặn 7

Hình 1.7 Hiện tượng tróc r b m t trên BRCG 8ỗ ề ặ Hình 1.8 Các dạng truyền động BRCT 8

Hình 1.9 Phương pháp gia công định hình 9

Hình1.10 Phương pháp gia công theo dưỡng 10

Hình 1.11 Phương pháp gia công răng bao hình 10

Hình 1.12 Phương pháp dập nóng khuôn kín 11

Hình 1.13 Gia công bám biên dạng BRCT 11

Hình 1.14 Mô tả quy trình gia công răng 12

Hình 1.15 Lưu đồ quá trình t o d liạ ữ ệu đầu vào 12

Hình 1.16 Các phương án hướng d ch chuy n d ng c 13ị ể ụ ụ Hình 1.17 Các phương án chia lượng dư 14

Hình 1.18 Các phương án dịch chuy n d ng c 14ể ụ ụ Hình 1.19 Sai lệch lý thuy t 15ế Hình 1.20 Kích thước và góc BRCT 15

Hình 1.21 Sự ị d ch chỉnh chiều cao răng 17

Hình 1.22 Đồ ị xác đị th nh góc d ch ch nh khi = 90ị ỉ 0 20

Hình 1.23 Đồ ị xác đị th nh d ch ch nh khi = 90ị ỉ 0 21

Hình 1.24 Tọa đ ộ điểm trên đường thân khai 22

Hình 1.24 Vị trí góc gama đỉnh 23

Hình 2.1 Độ dày răng 28

Hình 2.2 Sơ đồ kiểm tra sai lệch khoảng pháp tuyến chung 28

Hình 2.3 Sơ đồ các l i vi mô và ỗ ảnh hưởng c a chúng đ n kh ủ ế ả năng làm việc 29

Hình 2.4 Profile răng 29

Hình 2.5 Sai số hình d ng profile 29ạ Hình 2.6 Sai lệch góc profile 30

Hình 2.7 Sai lệch t ng profile 30ổ Hình 2.8 Tên gọi các v trí răng 31ị Hình 2.9 Sai lệch hướng răng 31

Hình 2.10: Bước cơ sở bánh răng 31

Hình 2.11 Sai số bước 32

Hình 2.12 Sai số bán kính runout 32

Hình 2.13 Máy mài răng ZE800 33

Hình 2.14 Hiển th k t qu ị ế ả đo trên máy ZE800 33

Hình 2.15 Thiết lập d ệu đầữli u vào và c p chính xác 33ấ Hình 2.16 Trình tự đo sai số profile 34

Hình 2.17 Trình tự đo sai số pitch 34

Hình 2.18 Trình tự đo sai sốlead 34

ix

Hình 2.19 V ị trí đầu đo trong đo pitch 35

Hình 2.20 V ị trí đầu đo trong đo profile 35

Hình 2.21 Vị trí đầu đo trong đo lead 36

Hình 2.22.Thông số ề ặ b m t không gian 37

Hình 2.23 Tiếp xúc hình elip 38

Hình 2.24: Vết tiếp xúc mong mu n 39ố Hình 2.25 Kích thước v t tiế ếp xúc bánh răng côn 39

Hình 2.26 Kiểm tra v t tiếế p xúc theo b t màu ộ ởcác hãng Glenson và KHK 40

Hình 2.27 Lưu đồ thu t toán xây dựng điểậ m ti p xúc 41ế Hình 2.28 Mô tả xây d ng b mự ề ặt răng 41

Hình 2.29 Tọa đ ộ điểm thu c bề ặt răngộ m 42

Hình 2.30 Biên dạng b truyộ ền bánh răng trên Matlab 42

Hình 2.31 Các hệ ọa độ ắ t g n lên b truyền 43ộ Hình 2.32 Mô tả ế ti p xúc c a hai bề ặt răngủ m 43

Hình 2.33 Mô tả ế ti p xúc c a hai bề ặt răngủ m 45

Hình 2.34 Tinh chỉnh b mề ặt răng thân khai 46

Hình 2.35 Tinh chỉnh theo phương 46

Hình 2.36 Tinh chỉnh theo profile 47

Hình 2.37 Giá trị ị d ch ch nh profile 47ỉ Hình 3.1 Lưu đồ thu t toán và giao di n chính 50ậ ệ Hình 3.2 Kiểm tra tính đúng đắn d liữ ệu đầu vào 50

Hình 3.3 Giao diện nh p d ậ ữ liêu 51

Hình 3.4 Thông tin và gợi ý lựa chọn thông s 51ố Hình 3.5 Giao diệ ựn l a ch n thông s k t c u 51ọ ố ế ấ Hình 3.6 Giao diệ ựn l a thông tin hi u ch nh b m t 52ệ ỉ ề ặ Hình 3.7 Giao diện k t qu thông s thi t k 52ế ả ố ế ế Hình 3.8 Kết quả ả b n v ẽ 2D bánh răng chủ độ ng 53

Hình 3.9 Kết quả ả b n v ẽ 2D bánh răng bị độ ng 54

Hình 3.10 Kết quả ả b n v 3D 55ẽ Hình 3.11 Giao diện d li u Autolisp 55ữ ệ Hình 3.12 Kích thước và v trí c a BRCT 55ị ủ Hình 3.13 Lưu đồ thu t toán thi t k b n v chi ti t 2D 56ậ ế ế ả ẽ ế Hình 3.14 Thứ ự t thành l p b n v 57ậ ả ẽ Hình 3.15 Sai số trong biên d ng thân khai 58ạ Hình 3.16 Sai lệch profile c c đ i 59ự ạ Hình 3.17 Lưu đồ thu t toán xác đ nh n khi Z.Cos( ) > Z -2,4 61ậ ị Hình 3.18 Lưu đồ thu t toán xác đ nh n khi Z.Cos(ậ ị ) Z -2,4 62

Hình 3.19 Đồ ị th so sánh sai l ch thi t k 63ệ ế ế Hình 3.21 Lưu đồ thu t toán thi t k mô hình 3D 64ậ ế ế Hình 3.22 Hiện tượng không khít giao tuyến trong c ng kh i 64ộ ố Hình 3.23 Quá trình xây dựng mô hình 3D 66

Hình 3.24.Mô hình 3D bánh răng Z16 trên ba phần m m 68ề Hình 3.25 Tọa đ ộ điểm trên Profile răng 688

Hình 3.26 Biểu đồ sai s ố profile răng 69

Hình 3.27 S n phả ẩm bộ truy n BRCG Z16-ề 11 m8……… 69

Hình 3.28 Gá đặt khi gia công và đo kiểm bánh răng 70 Hình 3.29 Xử lý d li u NC 70ữ ệ

x

Hình 3.30 Sai l ch profile 72 ệ

Hình 3.31 Sai lệch bước 72

Hình 3.32 Sai l ch lead 72 ệ Hình 3.3 Ki3 ểm tra v t tiếp xúc trên máy 5A725 723 ế Hình 4.1 Mô tả quá trình thi t k thí nghiế ế ệm 74

Hình 4.2 Minh họa DOE parameter study và DOE Full factorial 75

Hình 4.3 Minh họa DOE Box - Behnken 76

Hình 4.4 Minh họa DOE Centra composite 77

Hình 4.5 Minh họa DOE Latin Hypercube 77

Hình 4.6 Minh họa DOE Optimal Latin Hypercube 78

Hình 4.7 Minh họa mô hình n i suy t d ộ ừ ữ liệu điểm 78

Hình 4.8 Mạng ANN có 2 l p n 80ớ ẩ Hình 4.9 Quy trình thực hiệ ối ưu hóa đa mụn t c tiêu 83

Hình 4.10 Mô tả các y u t u vào th c nghi m 83ế ố đầ ự ệ Hình 4.11 Sơ đồ thi t k thí nghi m 84ế ế ệ Hình 4.12 BRCT Z16m8 84

Hình 4.13 Máy gia công và quá trình gia công BRCT 85

Hình 4.13 Ki m soát lể ực cắt trong gia công 85

Hình 4.14 Quá trình đo nhám trên máy SurftestSJ-301 86

Hình 4.15 Phương pháp đo độ nhám 86

Hình 4.16 Thu thập v t ti p xúc trên máy 5A725 86ế ế Hình 4.18 Thông số ụ d ng c c t 87ụ ắ Hình 4.19 Quan hệ các biến đầu vào 88

Hình 4.20 Kiểm tra mức độ phù hợp mô hình RSM với hệ số xác định 91

Hình 4.21 Đồ ị th quan h gi a S v i fệ ữ ớ fa ở chế độ z=0.05 mm và F=550mm/p 93

Hình 4.22 Đồ ị th quan h gi a F v i fệ ữ ớ fa ở chế độ z=0.05 mm và S=6000 v/p 93

Hình 4.23 Đồ ị th quan h gi a z với fệ ữ fa ở chế độ F=550mm/p và S=6000 v/p 93

Hình 4.24 Đồ ị th giá tr fị fa v i S=6000 v/p 94ớ Hình 4.25 Đồ ị th quan h gi a fệ ữ fa với Z và F ở chế độ S=6000 v/p 94

Hình 4.26 Đồ ị th quan h gi a fệ ữ fa với S và F ở chế độ Z= 0.05 mm 94

Hình 4.27 Đồ ị th quan h gi a fệ ữ fa với Z và S ở chế độ F= 550 mm/p 95

Hình 4.28 Đồ ị th quan h gi a S v i bc ch z=0.05 mm và F=550 mm/p 95ệ ữ ớ ở ế độ Hình 4.29 Đồ ị th quan h gi a F v i bc ch z=0.05 mm và S=6000 v/p 95ệ ữ ớ ở ế độ Hình 4.30 Đồ ị th quan h gi a z v i bc ch S=6000 v/p mm và F=550 mm/p 96ệ ữ ớ ở ế độ Hình 4.31 Đồ ị th giá tr bc v i S=6000 v/p 96ị ớ Hình 4.32 Đồ ị th quan h gi a bc v i Z và F ch S=6000 v/p 96ệ ữ ớ ở ế độ Hình 4.33 Đồ ị th quan h gi a bc vệ ữ ới S và F ế độở ch Z= 0.05 mm 97

Hình 4.34 Đồ ị th quan h gi a bc v i Z và S ch F= 550 mm/p 97ệ ữ ớ ở ế độ Hình 4.35 Đồ thị quan h gi a S v i hc ệ ữ ớ ở chế độ z=0.05 mm và F=550 mm/p 97

Hình 4.36 Đồ ị th quan h gi a F v i hc ch z=0.05 mm và S=6000 v/p 98ệ ữ ớ ở ế độ Hình 4.37 Đồ ị th quan h gi a z v i hc ch S=6000 v/p mm và F=550 mm/p 98ệ ữ ớ ở ế độ Hình 4.38 Đồ ị th giá tr hc v i S=6000 v/p 98ị ớ Hình 4.39 Đồ ị th quan h gi a hc vệ ữ ới Z và F ởchế độ S=6000 v/p 99

Hình 4.40 Đồ ị th quan h gi a hc v i S và F ch Z= 0.05 mm 99ệ ữ ớ ở ở ế độ Hình 4.41 Đồ thị quan h giệ ữa hc với Z và S ở ở chế độ F= 550 mm/p 99 Hình 4.42 Đồ ị th quan h gi a S v i Ra ch z=0.05 mm và F=550mm/p 100ệ ữ ớ ở ế độ

xi

Hình 4.43 Đồ ị th quan h gi a F v i Ra ch z=0.05 mm và S=6000 v/p 100ệ ữ ớ ở ế độHình 4.44 Đồ ị th quan h gi a z v i Ra ch F=550mm/p và S=6000 v/p 100ệ ữ ớ ở ế độHình 4.45 Đồ ị th giá tr Ra v i S=6000 v/p 101ị ớHình 4.46 Đồ ị th quan h gi a Ra v i Z và F ch S=6000 v/p 101ệ ữ ớ ở ế độHình 4.47 Đồ ị th quan h gi a Ra v i S và F ch Z= 0.05 mm 101ệ ữ ớ ở ế độHình 4.48 Đồ ị th quan h gi a Ra v i Z và S ch F= 550 mm/p 102ệ ữ ớ ở ế độHình 4.49 Giới hạn giá tr u vào và ra 102ị đầHình 4.50 Đồ ị th Pareto tối ưu trong trường h p không ràng bu c 104ợ ộHình 4.51 Đồ ị th Pareto tối ưu trong trường h p fợ fa 6 m và Ra 0.63 m 104

1

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính c p thi t cấ ế ủa đề tài nghiên c u ứ

Bánh răng côn răng thẳng (BRCT) đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất ô tô, tàu hoả, thiết bị mỏ, vũ trụ, chế tạo máy công cụ và các thiết bị hàng không Nếu chỉ nói đến lĩnh vực sản xuất ô tô và máy móc thì nhu cầu sản xuất BRCT đang là rất lớn BRCT ngày càng được quan tâm nhiều hơn do chúng có nhiều ưu điểm nổi trội so với các dạng truyền động khác

Trước đây, do lý thuyết tạo hình bề mặt BRCT là tương đối phức tạp và công nghệ gia công BRCT khó kiểm soát về chất lượng nên bộ truyền BRCT thường chỉ được thiết kế với kết cấu đơn giản để sử dụng trong các truyền động không cần có độ chính xác về vị trí cao Việc chỉ sử dụng các bộ truyền có kết cấu đơn giản trong thực tế đã làm giảm đi tính ứng dụng và khả năng làm việc của bộ truyền BRCT

Tuy nhiên trong nhưng năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật thì lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới vào thiết kế và chế tạo các BRCT có chất lượng cao hoặc các BRCT có sự thay đổi về kết cấu để nâng cao hiệu

quả và chất lượng làm việc của bộ truyền đang được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm nhiều hơn trước Nghiên cứu chế tạo bánh răng côn răng thẳng

có gờ chặn (BRCG) là một trong những hướng nghiên cứu như vậy với ưu điểm là khả năng tải được nâng lên một cách đáng kể với kết cầu vai chặn ở đỉnh và đáy răng

Ở Việt Nam từ nhưng năm cuối thập niên 90 trở về trước thì công nghệ chế tạo BRCT là tương đối lạc hậu so với thế giới, chủ yếu BRCT thường được gia công với phương pháp gần đúng và cho chất lượng bánh răng tương đối thấp, phụ thuộc lớn vào trình độ tay nghề của công nhân Các cơ sở sản xuất bánh răng và các trung tâm nghiên cứu về bánh răng ở Việt Nam có chung đặc điểm là thiếu thốn về trang thiết bị gia công cũng như đo kiểm Đầu những năm của thế kỷ 20 với sự hội nhập nhanh chóng của nền kinh tế thì ngành chế tạo bánh răng ở Việt Nam đã có nhưng bước phát triển mạnh mẽ, nổi bật trong đó là những hướng tiếp cận mới về việc gia công bánh răng trên các máy gia công tự động Hầu hết các cơ sở sản xuất bánh răng hiện nay đều

đã được trang bị các máy phay CNC để khắc phục các vấn đề hạn chế còn vướng phải khi gia công bánh răng bằng các phương pháp gia công truyền thống (Cắt lẹm chân răng, khả năng gia công của phương pháp, độ chính xác gia công, …)

Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ CNC vào gia công các bánh răng trên thực tế

đã đem lại nhiều hiệu quả trong chế tạo, tuy nhiên các nghiên cứu này vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề chưa giải quyết được hoặc giải quyết chưa triệt để:

- Chưa kiểm soát được chất lượng thiết kế khi mô hình hóa bề mặt răng

- Chưa xây dựng được quy luật quan hệ giữa yếu tố công nghệ đầu vào với chất lượng sản phẩm

Với đặc tính làm việc của BRCT thì việc đánh giá chất lượng chế tạo thường được đánh giá thông qua các giá trị kích thước vi mô, độ bóng bề mặt và khả năng tiếp xúc giữa các bề mặt trong truyền động Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp thiết kế và công nghệ để tạo hình bề mặt BRCG trên máy phay CNC 3 trục, cũng như nghiên cứu

sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng tạo hình bề mặt BRCG thông qua việc đánh giá các yếu tố đầu ra (nhấp nhô bề mặt, thông số hình học vi mô và kích thước vết tiếp xúc) ở bước gia công tinh là cấp thiết và cấp bách Để giải quyết vấn đề này, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Xây dựng phương pháp thiết kế và công nghệ để

- Xây d ng gi i pháp thi t k t o d ự ả ế ế ạ ữ liệu đầu vào cho quá trình gia công BRCG

- Xây d ng ự quy trình đánh giá chất lượng gia công BRCG b ng các thông s hình ằ ố

học vi mô và kích thước vết tiếp xúc

- Xây d ng các ự phương trình th c nghi m bi u th m i quan h giự ệ ể ị ố ệ ữa các thông s ốcông ngh (S, F, z) vệ ới độ nhám (Ra), sai l ch hình dệ ạng profile răng (ff ) và kích thước v t tiếế p xúc (bc, hc) c a b truyền BRCG Z11-16 m8 ủ ộ

- Xây d ng gi i pháp công ngh m bự ả ệ để đả ảo độ chính xác ti p xúc khi gia công ếtinh bộ truy n BRCG Z16-11 m8 trên máy phay CNC 3 trề ục

- Nghiên cứu chất lượng gia công tinh BRCG trên máy phay CNC

- Nghiên c u tứ ối ưu hóa chế độ ắ ắ c t c t tinh BRCG Z16-11 m8 để đạt được năng suất cao và kích thư c v t tiớ ế ếp xúc tốt

3 Ý nghĩa khoa học và th c ti n cự ế ủa đề tài

- Đã xác định được ốm i quan h gi a b thông s (S, F, ệ ữ ộ ố z) đến chất lượng b ộtruy n BRCG ề (độ nhám b mề ặt, kích thước v t ti p xúc và sai l ch hình d ng profile ế ế ệ ạrăng) khi gia công tinh trên máy phay CNC 3 trục

- K t qu cế ả ủa đề tài là cơ sở cho các nghiên cứu liên quan như: Nghiên cứu điều chỉnh v t ti p xúc, nghiên c u tế ế ứ ối ưu hóa quá trình gia công bánh răng, nghiên cứu v ểtinh chỉnh các b mề ặt bánh răng côn,…

b) Ý nghĩa thực tiễn

- S n phả ẩm ộb truyền BRCG Z11-16 m8 được ch t o theo k t qu ế ạ ế ả luận án đã đượ ử ục s d ng thay th để ế các thiế ịt b nh p ngo trong các xe có t i tr ng l n các m ậ ại ả ọ ớ ở ỏkhai thác than l thiên tộ ại tỉnh Qu ng Ninh.ả

- S n ph m b ph n m m thi t k báả ẩ ộ ầ ề ế ế nh răng được xây d ng trong lu n án ự ậ đã được

ứng dụng để thi t k các b truy n BRCG t i công ty chuyên s n xuế ế ộ ề ạ ả ất bánh răng chất lượng cao Cơ khí Hồng Lĩnh

3

- K t qu c a lu n án có th ế ả ủ ậ ể được s d ng vào th c t s n xuử ụ ự ế ả ất để đánh giá chất lượng gia công ho c phân tích và d ặ ự đoán sự thay đổi v t ti p xúc khi gia công các ế ếBRCG trên máy phay CNC

- K t qu bài toán tế ả ối ưu đa mục tiêu là tài liệu để ự l a ch n b thông s gia công ọ ộ ốtinh trên máy phay CNC 3 trục khi gia công tinh b truy n BRCG Z11-16 m8 ộ ề

4 Các đóng góp m i c a lu n án ớ ủ ậ

- Đã xây dựng được chương trình tự độ ng tính toán thi t k b truy n BRCG ế ế ộ ề

- Đã xây dựng được phương trình xác định sai s ố thiết k hình d ng profile cế ạ ủa đường thân khai

- Đã xây dựng được quy trình đánh giá chất lư ng BRCG trên máy ZE800 ợ

- Đã xây dựng được công th c th c nghi m gi a ch gia công v i chứ ự ệ ữ ế độ ớ ất lượng

vết tiếp xúc c a BRCG Z11-16 m8 khi gia công tinh trên máy phay CNC 3 tr c ủ ụ

- Đã xây dựng được chương trình xác định điểm ti p xúc trên b truy n BRCT ế ộ ề

- K t qu c a lu n án lế ả ủ ậ à đã đưa ra được m t gi i pháp t ng th v ộ ả ổ ể ề thiế ết k và bi n ệpháp công ngh m b o chệ để đả ả ất lượng thi t k và gia công BRCG ế ế

5 B cố ục củ luận ána

Luận án được trình bày gồm 4 chương và 1 phụ ụ l c

Chương 1: T ng quan v truyổ ề ền động BRCT và nghiên c u các ứ phương pháp gia công BRCT Chương này đề ập đế c n các thông tin v k t c u cề ế ấ ủa BRCT cũng như đặc điểm c a BRCG, t ng h p lý thuyủ ổ ợ ết liên quan để xây dựng nên phương pháp thiế ết k , công ngh trong gia công bám biên b m t ng d ng cho vi c gia công BRCG trên ệ ề ặ ứ ụ ệmáy phay CNC 3 tr c Cuụ ối chương trình bày tóm tắt các nghiên c u trong và ngoài ứ ởnước đã được công b ố có liên quan đến các vấn đề ề v thi t k và ch t o ế ế ế ạ BRCT, phân tích các mặt đạt được và chưa đạt được K t lu n cế ậ ủa chương đã đưa ra được phương pháp cũng như quy trình thi t k và ch t o ế ế ế ạ BRCG trên máy phay CNC 3 trụ cũng c như định hướng nghiên c u c a đ ứ ủ ềtài

Chương 2: N i dung cộ ủa chương là đi nghiên c u các tiêu chí ứ đánh giá chất lượng BRCG thông qua ính xác cđộ ch ủa các thông s hình h c và ố ọ chất lượng v t ti p xúc ế ế

N i dung cộ ủa chương còn nghiên cứu lý thuyết ăn khớp không gian và s hình thành ự

v t tiế ếp xúc để xây d ng công c ph n mự ụ ầ ềm xác định s d ch chuyự ị ển điểm đầu trong tiếp xúc ăn khớp c a truyủ ền động BRCT N i dung cộ ủa chương là cơ sở để đánh giá

k t qu n i dung nghiên c u ế ả ộ ứ ở chương 3 và là cơ sở lý thuyết để thực hi n nghiên c u ệ ứthực nghiệm ở chương 4

Chương 3: N i dung cộ ủa chương là xây d ng b ự ộ phần m m tề ạo cơ sở ữ liệu đầu d vào cho quy trình ch t o ế ạ BRCT trên máy phay CNC 3 trục đã nghiên cứ ở chươngu 1 Qua đó ứng d ng k t qu ụ ế ả đã nghiên cứu để gia công BRCG Z11-16 m8 và đánh giá chất lượng s n ph m thông qua các lý thuyết đã nghiên cứu trong chương 2ả ẩ K t lu n ế ậ

của chương là sự khẳng định tính đúng đắn ủc a quy trình thiết k ế và chế ạ t o BRCG trên máy phay CNC 3 trục, ừ đó đềt xu t ấ phương án kiểm soát chất lượng và nâng cao năng suất gia công khi gia công BRCG trên máy phay CNC 3 tr c ụ

Chương 4: Ứng d ng lý thuy t quy ho ch th c nghiụ ế ạ ự ệm để xác định m i quan h ố ệ

gi a các y u t công ngh (S, F, ữ ế ố ệ z) đến độ nh p nhô t vi (ấ ế Ra), sai lệch hình d ng ạprofile răng (ff ) và kích thước v t ti p xúc (be, he) trong gia công BRCG trong ph m ế ế ạ

vi nghiên c u ứ Qua đó làm cơ sở để ử lý xung độ ề ợ x t v l i ích gi a th i gian gia công ữ ờ

và chất lượng v t ti p xúc b ng bài toán tế ế ằ ối ưu hóa đa mục tiêu K t qu nghiên cế ả ứu

4

của chương là dữ liệ u thông s công ngh gia công tinh BRCG ố ệ để Z11-16 m8 khi có yêu c u v các thông sô kầ ề ỹ thuật

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu c a lu n án là k t h p giủ ậ ế ợ ữa phương pháp nghiên ứ c u lý thuyết để thu th p các thông tin khoa hậ ọc trên cơ sở các nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học đã được công b và s dố ử ụng các tư duy khoa học để rút ra nh ng luữ ận điểm khoa h c c n thi t cho lu n án Cùng vọ ầ ế ậ ới đó là phương pháp nghiên cứu th c ti n ự ễ

để làm rõ b n chả ất cũng như chứng minh các quy luật đã được đưa ra trong các giảthuy t S d ng các công c toán h c k t h p tin h c và k t qu ế ử ụ ụ ọ ế ợ ọ ế ả thực nghiệm để xây

d ng các m i quan h gi a các y u t , tìm ra các quy lu t biự ố ệ ữ ế ố ậ ến đổi

- Nghiên c u lý thuyứ ết để tìm hi u v truyể ề ền động BRCT, t ừ đó lựa ch n 1 lo i ọ ạbánh răng có khả năng tả ớn là BRCG đểi l làm i tư ng nghiên c u Vi c nghiên c u đố ợ ứ ệ ứ

t p trung ch yậ ủ ếu là s ự ảnh hưởng c a các y u t ủ ế ố ảnh hưởng đến chất lượng ch t o ế ạBRCG và các gi i ả pháp đảm b o vả ết tiếp xúc của bộ truyền

- Sau đó đề tài s dử ụng phương pháp thực nghi m khoa h c ch ệ ọ ủ động tác động vào các yếu t công ngh gia công m t cách có h th ng, thu thố ệ ộ ệ ố ập thông tin đối tượng đểrút ra k t lu n b ích cho vi c l a ch n thông s gia công phù h p v i tế ậ ổ ệ ự ọ ố ợ ớ ừng trường h p ợ

c ụ thể trong phương pháp bám biên bề ặ m t trên máy phay CNC 3 tr c ụ

- Các th c nghiự ệm được th c hi n v i các trang thi t b hi n có t i Viự ệ ớ ế ị ệ ạ ệt Nam như:

mài răng CNC NILES ZE800 của Đức, máy cà v t 5A725 c a Nga t i công ty c phế ủ ạ ổ ần

cơ khí Hồng Lĩnh Máy đo độ nh p nhô t vi SurftestSJ-301 c a Nh t tấ ế ủ ậ ại phòng đo lường công ty Z117 B – ộ Quốc phòng Các k t qu ế ả trên được thu thập, đo kiểm và tính toán theo lý thuyế đo lườt ng và quy hoạch thực nghiệm

5

CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1 CHUNG VỀ TRUY N Ề ĐỘNG

BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG

1.1 V trí truy ị ền độ ng bánh răng côn răng thẳ ng

Hình 1.1 Phân loại bánh răng dựa vào v ị trí trục Truyền động BRCT là d ng truyạ ền động đơn giản nh t trong truyấ ền động bánh răng côn, bộ truy n BRCT thưề ờng được s dử ụng để truy n chuyề ển động và momen

gi a 2 trữ ục giao nhau, thông thường góc h p tr c ( ) c a 2 tr c này là 90ợ ụ ủ ụ 0 BRCT được s d ng nhi u trong các d ng truyền độử ụ ề ạ ng có tốc độ ấ th p và ch u t i tr nị ả ọ g tĩnh Ngày này b truy n BRCT ộ ề thường được s d ng r ng rãi trong các ngành hàng không ử ụ ộ

vũ trụ, ch t o máy, xây d ng, nông nghi p, hàng h iế ạ ự ệ ả ,… [1 ] ÷5

Sơ đồ trên hình 1.1 ch cho chúng ta th y các d ng truyền độỉ ấ ạ ng bánh r ng khác ănhau dựa trên cơ sở ự ắ s s p x p c a các trế ủ ục Sơ đồ cũng cho chúng ta thấy đượ ằc r ng

so v i các dớ ạng bánh răng côn hypoid thì BRCT có v n tậ ốc trượt bé hơn do đó nhiệt và

ma sát trượt sinh ra s ẽ bé hơn so v i các b truyềớ ộ n khác tuy nhiên BRCT có các hạn

chế là kh ả năng tiếp xúc s th p ẽ ấ hơn, hi u su t làm vi c bé ệ ấ ệ hơn và kích thước gi i h n ớ ạ

của bánh nh (Pinion) s nh ỏ ẽ ỏ hơn [6]

a) Bánh răng côn răng thẳng b) Bánh răng côn răng cong c) Bánh răng côn Zerol d) Bánh răng côn Hypoid

Hình 1.2 Các dạng bánh răng côn

6

Dựa vào nguyên lý t o hình b mạ ề ặt răng mà BRCT được coi là m t trong b n d ng ộ ố ạtruyền động chính c a truyủ ền động bánh răng côn, bao gồm: BRCT, bánh răng côn răng cong (côn xoắn) ánh răng côn Zerol, b và bánh răng côn hypoid

Trong đó BRCT v ề cơ bả có phương n pháp t o hình gi ng vạ ố ới bánh răng trụ ẳ th ng khi có đường sinh của ềb mặt răng là đường thẳng và đượ ạc t o thành khi d ng c cụ ụ ắt chuyển động đi qua đỉnh chung của bánh răng được c t và dao c t (hình 1.2a) Bánh ắ ắrăng côn răng cong có b mề ặt răng được sinh ra ngoài chuyển động c t th ng v tâm ắ ẳ ềcòn có chuyển động bao tròn b m t (hình 1.2b) ề ặ Bánh răng côn Zerol là m t dộ ạng đặc

bi t cệ ủa bánh răng côn răng cong khi có góc xo n b ng 0ắ ằ o (hình 1.2 c) Bánh răng côn hypoid có nguyên lý g n giầ ống bánh răng côn xo n, tuy nhiên biên d ng c a b mắ ạ ủ ề ặt răng được ch tế ạo để 2 tr c truyụ ền động không giao nhau (hình 1.2d)

1.2 Phân loại bánh răng côn răng thẳng

Tùy vào t ng tiêu chí mà vi c phân lo BRCT có th phân lo i theo nhi u cách ừ ệ ại ể ạ ềkhác nhau, trong đó yếu t c u t o là y u t thưố ấ ạ ế ố ờng được chọn làm tiêu chí để phân

lo i ạ BRCT [4] D a theo nh ng yự ữ ế ố ấ ạu t c u t o vi c phân lo i BRCT s ệ ạ ẽ được xây d ng ựtrên những d u hiấ ệu sau đây:

D a vào m t chu n s d ng:ự ặ ẩ ử ụ BRCT có m t chu n l (hình 1.3 và ặ ẩ ỗ a) BRCT có mặt chuẩn tr c (hình 1.4b)ụ Đối với các bánh răng liền trục người ta thường ch n m t ọ ặchuẩn là các m t trụ ặ c

Hình 1.3 Các lo BRCT vại ới vị trí m t chu n ặ ẩ

D a vào m t chuự ặ ẩn đảm bả ắo l p ghép: Tiêu chí này dựa vào điều ki n k ệ ỹ thuậ ảt đ m

b o s p ả ự tiế xúc trong quá trình ăn khớp c a các ủ BRCT Để đả m b o s ả ự ăn khớp đúng trong lắp ghép BRCT thư ng s d ng các mờ ử ụ ặt đầu c a k t củ ế ấu bánh răng, do

đó khi dựa vào tiêu chí này chúng ta s có 2 loẽ ại BRCT là: bánh răng có chuẩn theo

mặt đầu của mayơ (hình 1.4a) và bánh răng có chuẩn theo mặt đầu của vành răng(hình 1.4b)

Hình 1.4 Các lo BRCT vại ới vị trí m t chu n lặ ẩ ắp ghép đúng

D a vào hình dáng cự ủa đường kính cực đ i: ạ Thông thường đường kính lớn nh t cấ ủa

một BRCT s ẽ có đường kính đỉnh t i m t ph ng vuông góc vạ ặ ẳ ới đường sinh ở đáy

7

l n (hình 1.5ớ a), tuy nhiên để công vi c ch t o phôi và l p ghép khi s d ng d ệ ế ạ ắ ử ụ ễdàng hơn kính thướ đỉnh răng c De của bánh răng sẽ được hi u ch nh theo hai cách: ệ ỉGia công một đoạ trụ dài (thông thườn ng chiều dài đoạn tr ụ là 2mm) để gia công

tiện phôi bánh răng được d ễ hơn (hình 1.5b); Gia công tù một đoạn để ệti n l i khi ợ

Hình 1.6 BRCT có g và không có g ờ ờ chặn bánh răng côn răng thẳng có g ch n (BRCGờ ặ ) chính là đối tư ng nghiên c u c a ợ ứ ủluận án

1.3 Đặc trưng bánh răng côn răng thẳ ng có g ch n ờ ặ

Hiện nay, khi s d ng truyử ụ ền động BRCT trong các thi t b có t i tr ng l n thì các ế ị ả ọ ớnhà thi t k ế ế thường s d ng k t c u BRCT có g ử ụ ế ấ ờ chặn như trên hình 1.6b [7÷9] Với

k t c u g ế ấ ờ chặ ở cuối và đầu răng, BRCn G có kh ả năng tải ốt hơn BRCTt có k t c u ế ấtruy n th ng cùng thông s , trong các nghiên c u c a mình Ligata.H và Zhang.H.H ề ố ở ố ứ ủ

đã chứng minh đượ ằc r ng v i k t c u có g ch n, b truy n BRCT có th gi m s phá ớ ế ấ ờ ặ ộ ề ể ả ự

h y bủ ởi ứng su t u n t ấ ố ừ 8% đến 10% [10] Tuy nhiên dạng bánh răng này ại ồl t n tại hai nhược đi m ớể l n là:

Không th ể chế ạo đượ t c bằng các phương pháp gia công răng truy n thề ống như:

phay định hình, gia công theo dưỡng, bào răng,…mà không x y ra hiđể ả ện tượng phá h y k t c u g ủ ế ấ ờ chặn hai đầu

B mề ặt răng sẽ ễ ị d b phá hủy ởi ện tượb hi ng tróc r b mỗ ề ặt, nguyên nhân là do có

k t c u g ế ấ ờ chặn s làm cho dung d nh bôi trẽ ị ơn khó thoát ra khỏi b mề ặt răng hơn(hình 1.7)

a) Truyền động vuông góc b) Truyền động góc tù

c) Truyền động ăn khớp trong d) Truyền động thanh răng tròn

9

1.4 Các phương pháp gia công bánh răng côn răng thẳng

Trước đây BRCT thường được gia công bằng các phương pháp gia công cắ ọt cơ t g

h c truyọ ền th ng trên các máy công c chuyên dố ụ ụng như: Máy phay răng, máy xọc răng, máy chuốt răng, máy bào răng, máy cà răng,…Tuy nhiên trong một vài th p k ậ ỷ

gần đây vớ ựi s phát tri n m nh m c a công ngh ể ạ ẽ ủ ệ điều khi n kể ỹ thuậ ố cũng như các t s công ngh gia công mệ ới đã cho phép các nhà sản xuất gia công được các b mề ặt răng côn th ng có chẳ ất lượng cao v i nhiớ ều phương pháp mới như: Rèn răng trong khuôn nóng, dập răng liên hoàn, đúc bánh răng, gia công răng bằng bi n d ng d o, gia công ế ạ ẻbám biên dạng SSM,…Trong n i dung c a lu n ộ ủ ậ án, tác gi ả trình bày sơ lược các phương pháp gia công BRCT và t p trung phân tích nhiậ ều hơn ở phương pháp gia

công bám biên b m t (Sculptured Surface Machining - ề ặ SSM), đây cũng chính là phương pháp đã đượ ực l a chọn để nghiên c u c a lu n ứ ủ ậ án

Theo phương pháp này thì dụng c c t s có profi giụ ắ ẽ le ống v i profile c a rãnh ớ ủrăng cần gia công ch t o [4, 7] D ng c ế ạ ụ ụ thường s dử ụng trong phương pháp này là các dao phay đĩa modul và dao phay ngón modul (hình 1.9a) Trong s n xu t nh và ả ấ ỏđơn chiếc, phương pháp này thư ng ờ được s dử ụng để gia công các bánh răng có cấp chính xác t 9 11 (TCVN) trên các máy phay vừ ÷ ạn năng có trang b k t cị ế ấu đồ gá đầu phân độ Trong s n xu t hàng lo t l n và hàng khả ấ ạ ớ ối phương pháp này được s d ng ử ụtrên máy chuyên dùng v i các d ng c cớ ụ ụ ắt chuyên dùng để nâng cao năng suất Ví dụ:

S d ng dao chuử ụ ốt vòng định hình (hình 1.9b )

Hình 1.9 Phương pháp gia công định hình Phương pháp cắt răng định hình không đòi hỏi cao v các máy chuyên d ng, tuy ề ụnhiên chất lượng của bánh răng phụ thuộc nhi u vào biên d ng d ng c ề ạ ụ ụ và độ chính xác của thiế ị chia.t b

1.4.2 Phương pháp gia công theo dưỡng

Phương pháp này thường được s d ng nhiử ụ ều trong gia công các bánh răng có đường kính và môđun lớn [4, 7] Đ i v i các BRCTố ớ , kích thước của răng tăng dần theo hướng c a nh nên profile củ đỉ ủa răng cần gia công trên các c ỡ răng là như nhau, do đó

dưỡng được dùng để gia công trong các bánh răng có cùng s ố răng là như nhau Phương pháp này profile của răng sẽ được xây d ng gi ng v i profile cự ố ớ ủa dưỡng c t ắ(hình 1.10 )

10

Hình1.10 Phương pháp gia công theo dưỡng

1.4.3 Phương pháp bao hình

Trong công ngh gia công ệ BRCT ệ hi n nay thì phương pháp bao hình được các cơ

s s n xu s d ng ở ả ất ử ụ làm phương pháp gia công chính , 7] Khi c[4 ắt răng bằng phương pháp bao hình thi profi le răng đượ ạc t o thành nh s ờ ự ăn khớp giữa bánh răng cần gia công với bánh răng dẹt sinh (bánh răng ăn khớp tưởng tượng) Khác với phương pháp

định hình thì khi cắt răng theo phương pháp bao hình, chuyển động t o hình c a ạ ủphương pháp này ngoài chuyển động t nh ti n còn có chuyển động quay, các lưỡ ắị ế i c t thẳng c a các dao bào hoủ ặc các răng của dao phay răng trong quá trình chuyển động bao hình s t o ra profile ẽ ạ răng (lăn tương đối gi a d ng c và phôi) Do chuyữ ụ ụ ển động

tạo hình trong phương pháp là chuyển động ph c t p ứ ạ nên phương pháp này đòi hỏi các

răng bao hình là phương pháp có tính vạn năng cao nhưng năng suấ ạt l i thấp, phương pháp này thường s d ng trong d ng s n xuử ụ ạ ả ất đơn chiếc (hình 1.11 còn trong sa) ản

xuất hàng loạt người ta thường s dử ụng phay bao hình để tăng năng suất (hình 1.11b)

Hình 1.11 Phương pháp gia công răng bao hình

1.4.4 Phương pháp gia công dập nóng

Ngoài các phương pháp cắt răng kể trên thì để ả gi m th i gian chu n b ờ ẩ ị phôi cũng như tiết ki m nguyên li u trong quá trình ch t o ệ ệ ế ạ BRCT, mộ ốt s nhà khoa học đã đưa công ngh ệ rèn nóng bánh răng bằng khuôn kín, tuy nhiên k t qu nghiên c u cho thế ả ứ ấy

để đạt được chất lượng b m t bánề ặ h răng tốt thì phương pháp rèn nóng bằng khuôn kín đòi hỏi ph i có các máy móc chuyên dùng phả ức tạp, đắ ền , 7, 9] t ti [4

11

Hình 1.12 Phương pháp dập nóng khuôn kín Các s n ph m gia công bả ẩ ằng phương pháp này thường khó đảm bảo độ chính xác

v v ề ị trí tương quan gi a các b m t, khe h ữ ề ặ ở bánh răng không đồng đều và d b rễ ị ạn

n t tứ ại các chân răng Ngoài ra phương pháp này còn bị ạ h n ch khi gia công các bánh ếrăng côn có chiều dày răng lớn

Hình 1.13 Gia công bám biên dạng BRCT Hiện nay, công ngh gia công k thu t s ệ ỹ ậ ố đã phát triển r t m nh và cho phép gia ấ ạcông các b mề ặt răng trên máy điều khi n s ể ố CNC Phương pháp SSM là phương pháp

t o hình b mạ ề ặt răng thông qua việc gia công b mề ặt răng ừ ữ liệt d u s hóa b m t cho ố ề ặtrướ , ưu điểc m của phương pháp này là có th gia công các b mể ề ặt răng với các lo i ạ

d ng c vụ ụ ạn năng (dao phay ngón, dao cầu, ) v i nhi u ch ng lo i và dớ ề ủ ạ ải kích thước khác nhau Ngoài ra vi c gia công bệ ằng phương pháp SSM có thể kh c phắ ục được hi n ệtượng c t lắ ẹm chân răng khi đầu d ng c cụ ụ ắt đi vào chân răng khi gia công trên các máy gia công răng truyền th ng [4 ố ]

Đặc biệt phương pháp này thường đượ ức ng dụng để gia công các b mề ặt răng có

s tinh ch nh b mự ỉ ề ặt hoặc thay đổ ềi v hình dạng để ối ưu hóa t kh ả năng làm việc, vì quá trình gia công không ph ụ thuộc vào các xích truyền động cũng như tính độ ập c l

giữa 2 bề ặt răng m Ví dụ: Bánh răng tối ưu hóa chân răng, BRCG

Theo tiêu chu n DIN 8589-3 quy trình ch tẩ thì ế ạo bánh răng trên máy CNC về cơ

b n tả là ương đương với ự ổs t ng h p cợ ủa hai quy trình chế ạ t o khác:

Ch t o khuôn m u (Manufacture of moulds and dies): B i s ế ạ ẫ ở ự tương đồng v về ật liệu, độ ứ c ng cvà ấp chính xác gia công

Ch t o cánh qu t ế ạ ạ (Manufacture of impellers): bởi sự tương đồng v hình h c ề ọ

1.4.5.1 Quá trình tạo dữ liệu đầu vào

Correction of Gear geometry

DIN AGMA ISO

Hình 1.15 Lưu đồ quá trình t o d ạ ữ liệu đầu vào Khác v i quá trình ch tớ ế ạo bánh răng ở các phương pháp gia công truy n th ng ề ố thìquá trình ch tế ạo bánh răng trên máy phay CNC đòi hỏ người i thi t k ph i cung c p ế ế ả ấcho quá trình gia công biên d ng hình h c cạ ọ ần gia công dưới d ng tạ ọa độ (CAD System) Các biên d ng hình h c này có th ạ ọ ể được xây d ng b ng cách s d ng các ự ằ ử ụ

ph n m m chuyên dùng v ầ ề ề thiết k ế bánh răng như: Kisssoft, WZL gear toolbox, ZAKgear, ZAR,… hoặc s dử ụng cơ sở lý thuy t tế ạo hình để xây d ng ự theo phương pháp thủ công Đố ới v i vi c s d ng d u tệ ử ụ ữ liệ ọa độ điểm để xây d ng b mự ề ặt trong đồ

h a luôn luôn t n t i sai s ọ ồ ạ ố thiết k , chính vì v y mà ng v i t ng ph n m m s có ế ậ ứ ớ ừ ầ ề ẽ

ph m v s dạ ị ử ụng và độ chính xác thi t k riêng tùy thuế ế ộc vào phương pháp xây dựng

b m t, sai s này khi thi t k c n phề ặ ố ế ế ầ ải được quan tâm để đả m b o chả ất lượng thiế ết k cho s n phả ẩm Hình 1 5 1 chỉ cho chúng ta quá trình c n thiầ ết để xây d ng nên d ự ữ liệu đầu vào cho mộ quá trình gia công bánh răng trên máyt phay CNC

(1) Đầu tiên chúng ta s thi t k và tính toán các thông s c a b truy n bánh r ng ẽ ế ế ố ủ ộ ề ătheo các tiêu chuẩn hi n hành; ệ

13

(2) T ừ các thông s ố thu được chúng ta mô hình hóa bề ặt bánh răng m ;

(3) Xây d ng biên d ng b m t gia công ự ạ ề ặ dưới định d ng tạ ọa độ;

(4) Các thông s hình h c s ố ọ ẽ được chuyển đổi thành câu l nh NC thông qua các ph n ệ ầ

mềm xử lý gia công;

(5) Trong quá trình hình thành d liữ ệu đầu vào chúng ta có th hi u ch nh b mể ệ ỉ ề ặt để ối t

ưu bộ truyền trong bước mô hình hóa b m t hoề ặ ặc bù đắp sai s trong quá trình ch t o ố ế ạ

và thiết kế ằng cách đo kiể b m và hi u ch nh d ng c ệ ỉ ụ ụ trước khi xây d ng NC code ự

1 5.24 Quá trình l ựa chọn dụng cụ cắt

L a ch n d ng c cự ọ ụ ụ ắt là bước quan tr ng trong quy trình gia công bánh ọ răng trên máy phay CNC Khi ch n d ng c c t chúng ta ph i d a vào các y u tọ ụ ụ ắ ả ự ế ố: Cơ tính của

v t li u gia công, hình d ng b m t c a profiậ ệ ạ ề ặ ủ le, lượng dư gia công, yêu cầu chất lượng

b m t và kh ề ặ ả năng gia công của máy

Đối v i viớ ệc gia công bánh răng trên máy phay CNC, quá trình gia công được khuy n khích chia làm 3 giai ế đoạn là: C t thôắ C t bán tinh C t tinh ng vắ ắ Ứ ới

từng giai đoạn chúng ta nên dùng các lo i d ng c khác nhau ạ ụ ụ Để quá trình gia công

ổn định, đường kính d ng c c t nên càng l n càng tụ ụ ắ ớ ốt và độ dài d ng c càng ng n ụ ụ ắcàng tốt Tuy nhiên các kích thước và hình d ng này s b h n ch b các y u r : kh ạ ẽ ị ạ ế ởi ế ố ảnăng công nghệ, hình dáng hình h c cọ ủa bánh răng và phương pháp gá đặt

Các d ng d ng c ạ ụ ụ khác nhau được s dử ụng để gia công bánh răng trên máy CNC

và thông s hình h c cố ọ ủa chúng được mô t ả như ở ữ gi a hình 1.14 Tùy thuộc vào các thông s l a ch n mà b m t d ng c c t s p xúc v i b mố ự ọ ề ặ ụ ụ ắ ẽ tiế ớ ề ặt gia công theo điểm

hoặc đường

1.4.5.3 Quá trình xử lý tham số

Sau khi đã xác định được kết cấu, v t li u, c p chính xác cậ ệ ấ ủa bánh răng và dụng c ụgia công, để đưa ra đượ ổc t ng quan v ề quy trình gia công bánh răng trên máy phay CNC chúng ta cần đặc bi t quan tâm tệ ới các bước xác định b tham sộ ố: ineness, L

Trajectory và Indexing procedure [11]

Hình 1.16 Các phương án hướng d ch chuyị ển dụng c ụ Trajectory (Hướng d ch chuy n d ng c ):ị ể ụ ụ Tham s này s dố ử ụng để xác định qu ỹ

đạo d ch chuyểị n c a d ng c c t khi t o hình b mủ ụ ụ ắ ạ ề ặt răng (hình 1.16) Qu o ỹ đạ

d ch chuyị ển c a d ng c c t ủ ụ ụ ắ được chia làm ba phương pháp ới các đặc trưng vkhác nhau :

1 Theo hướng profile răng;

2 Theo hướng b rề ộng răng (đối với BRCT là theo hướng vuông góc với hướng profile răng) và

3 Theo hướng chéo của răng

14

D a vào ự năng ự l c công ngh ệ chế ạ t o, yêu c u v ầ ề chất lượng và phương pháp gá

đặt khi gia công mà chúng ta có th l a ch n ể ự ọ phương pháp điều khi n d ng c c t m t ể ụ ụ ắ ộcách phù h p ợ

Hình 1.17 Các phương án chia lượng dư Lineness (Lượng d ch dao):ị Tham s này ố ảnh hưởng lớn đến th i gian gia công và ờ

s phân b nhám b m t gia công V i tham s này chúng ta có th ự ố độ ề ặ ớ ố ể ổn định cấu trúc b m t ề ặ (độ nhám đồng đều trên toàn b m t ề ặ răng) ằng cách điềb u chỉnh bước tiến d ng c c t không i theo chi u d c biên dụ ụ ắ đổ ề ọ ạng răng ( S=const) Để ấ c u trúc

b mề ặt thay đổi đồng bi n chúng ta có th ế ể điều chỉnh bước tiến dao không đổi theo chiều sau c t d c biên dắ ọ ạng răng ( z = const) và để ề b m t có c u trúc t do thì ặ ấ ựchúng ta không ràng buộc đ i lư ng d ch chuyạ ợ ị ển và hướng của profile (hình 1.16 )

Hình 1.18 Các phương án dị ch chuy n d ng c ể ụ ụ

Indexing procedure (Ch ế độ đường ch y dao):ạ Trong gia công bánh răng trên máy CNC chúng ta có thể ự l a chọn hai phương pháp cắt là: c t tắ ừng răng và cắ ấ ảt t t c các răng trên cùng một chi u sâu c t.N u chúng ta s d ng ch c t theo t ng ề ắ ế ử ụ ế độ ắ ừrăng (steady indexing) thì s rút ngẽ ắn được th i gian ờ gia công nhưng sẽ gây ra sai

s ố tích lũy giữa răng đầu và răng cuối; Còn n u chúng ta s d ng ế ử ụ chế độ ắ ấ ả c t t t c răng trên cùng chiều sâu (unteady indexing) thì quá trình gia công có thể lo i b ạ ỏđược sai s ố tích lũy nhưng sẽ kéo dài th i gian gia công Ngoài ra khi l p trình gia ờ ậcông chúng ta có th l a ch n ki u gia côể ự ọ ể ng có định v m i (NP) ị ớ hoặc không có

định v m i (NNP) cho quá trình gia công ị ớ

Thông qua việc xác định được các thông s cố ủa dụng c c t và chiụ ắ ến lược gia công thì chúng ta có th ể tính toán được sơ bộ ề v sai l ch hình d ng b m t gia công lý ệ ạ ề ặthuyết Qua đó có thể ự đoá đượ d n c ch gia công cho phù h p vế độ ợ ới ừt ng yêu c u v ầ ề

chất lượng s n ph m ả ẩ Đố ới v i BRCT thì sai lệch v hình d ng lý thuy t trong gia công ề ạ ế

15

s ẽ được xác định thông qua chiều cao lượng dư giữa hai l n chầ ạy dao và được xác định

bởi công thức sau:

2 ( ) 2 4

s

Hình 1.19 Sai l ch lý thuy t ệ ếQua nghiên c u ứ đặc trưng ủa các phương p c háp gia công BRCT nói chung, chúng

ta nhận th y r ng vi c gia công BRCG ấ ằ ệ chỉ kh ả thi với phương pháp2 gia công là: Phương pháp gia công dập nóng khuôn kín;

Phương pháp bám biên bề ặt m

Trong đó phương pháp bám biên bề ặ là phương pháp gia công có độ m t nh holi ạt cao và cho chất lượng gia công tốt hơn Qua nghiên c u, chúng ta có th xây d ng ứ ể ựđược quá trình gia công BRCG bằng phương pháp SSM trên máy phay CNC 3 trục v i ớcác bước theo thứ ự như sau: t

(1) Xác định các thông s c a BRCG; ố ủ

(2) Xây d ng biên dự ạng răng theo yêu c u thiầ ết kế;

(3) Lựa chọn vật liệu gia công ;

(4) Lựa chọn máy và d ng c gia công theo thông tin hình h c ụ ụ ọ ;

(5) Lựa chọn tham s gia công (Lineness, Trajectory và Indexing procedure ) ố(6) X d u CAM ử lý ữ liệ

(7) Kết xuất tới máy phay CNC

(8) Đo kiể và đánh giám chất lư ng ợ

1.5 Thông s b truy ố ộ ề bánh răng côn răng thẳ n ng

Hình 1.20 Kích thước và góc BRCT

16

Khi thi t k b truyế ế ộ ền BRCT ế, n u chúng ta d a vào kh ự ả năng tải và ch làm ế độ

vi c c a b truy n thì chúng ta s ệ ủ ộ ề ẽ chọn được modul (m), s ố răng ủc a cặp bánh răng (Z1, Z2), h s ệ ố chiều cao quy chu n (ẩ 0), góc h p tr c (ợ ụ ) và góc ăn khớp (α) theo tiêu chuẩn để làm cơ sở thi t kếế [3, 4] Còn trong điều ki n s a chệ ử ữa ho c chặ ế ạ t o theo m u ẫ

vi c thi t k ệ ế ế được bắt đầu b ng viằ ệc xác định modul trên cơ sở ủ c a nh ng k t qu ữ ế ả đo chiều cao răng và đường kính đường đỉnh răng:

Bảng 1.1 Công thức tính thông số bộ truyền BRCT [3]

2 1

.Sin

Ztg

2

.Sin

Ztg

Đố ới v i các b truyềộ n BRCT, khi tính toán bao giờ cũng phải tính theo đường kính

lớn Trong đó khoảng cách t mừ ặt đầu chuẩn đến đỉnh c a mủ ặt nón chia (kích thước K

c = 0.167m MỞ ỹ hãng Glenson lại thường s d ng c = 0,188m Theo tiêu chu n thì ử ụ ẩkhe h ở hướng kính s là 0.ẽ 25 m Tuy nhiên đố ới v i BRCT khe h hưở ớng kính thường được ch n là 0.2 m Tùy theo t ng giá tr c a (c) mà chiọ ừ ị ủ ều cao răng (h) s ẽ thay đổi một cách tương ứng

Bảng 1.2 Số răng nhỏ nhất tránh hiện tượng cắt lẹm

Góc

áp

l c ự

S ố răng nhỏ nhất Z1/Z2

14030 29 /over 29 28 /over 29 27 /over 31 26 /over 35 25 /over 40 24 /over 57

Khi gia công bằng các phương pháp truyền th ng thì s ố ố răng tối thiểu để tránh

hiện tượng c t lắ ẹm chân răng trong BRCT được khuyến cáo như trong bảng 1.2

Đối với bánh răng hệ Pit khi chúng ta tính toán thì chúng ta tính toán g n gi ng ầ ốnhư răng h ệmodul với Pit đường kính được xác định như công thức 1.9:

e

Zp

1.6 D ch ch ị ỉ nh bánh răng côn răng thẳng

Hình 1.21 S dự ịch chỉnh chiều cao răngTrong gia công bánh răng, để tránh s c t l m có h i khi s ự ắ ẹ ạ ố răng nhỏ thì đối v i ớ

nh ng BRCT v ữ ề cơ bản người ta ch s dỉ ử ụng phương pháp dịch ch nh chi u cao ỉ ềPhương pháp dịch ch nh góc hỉ ầu như không được s dử ụng đối v i nhớ ững bánh răng

d ng này D ch ch nh chiạ ị ỉ ều cao đối v i nh ng BRCT ớ ữ có nghĩa là sửa đổ ạ ự ăn i l i s

khớp, trong đó sự thay đổ ủi c a góc mặt nón đỉnh răng e1 của bánh răng chủ độ ng s ẽđược bù l i b ng s ạ ằ ự thay đổi góc mặt nón đỉnh răng e2của bánh răng bị động đúng

b ng mằ ột đại lượng như nhau nhưng ngược d u K t qu c a s d ch ch nh góc là ấ ế ả ủ ự ị ỉchiều cao đầu răng của bánh răng nhỏ tăng lên còn chiều cao đầu răng của bánh răng

l n giớ ảm đi cùng một đại lượng 1m(hình 1.21) Trong phép d ch ch nh chi u cao ị ỉ ềBRCT thì tỷ s giố ữa đại lượng thay đổ ề chiều cao đầu răng và chiều cao chân răng i v

18

với môđun trên cặp BRCT được g i là h s d ch ch nh và kí hi u là ọ ệ ố ị ỉ ệ Vi c d ch ệ ịchỉnh BRCT s ẽ làm thay đổi góc đỉnh răng ( e) cũng như góc chân răng ( i) qua đó làm thay đổi góc c a mủ ặt nón đỉnh và chân, tuy nhiên vi c d ch ch nh s không làm ệ ị ỉ ẽthay đổi m t nón chia c a cặ ủ ặp bánh răng

Khi h s d ch ch nh ệ ố ị ỉ 1 0, chiều cao đầu răng của bánh răng được d ch ch nh ị ỉ' '

K

h h , chi u cao chề ân răng của bánh răng được ch nh ỉ " ''

K

h h Góc chia φ sẽ có giá tr ịkhông đổi, góc eK e; D eK D e (với 2 0 thì sẽ ngược lại)

T ừ trước đến nay có r t nhi u nhà khoa hấ ề ọc đã nghiên c u v h d ch ch nh ứ ề ệ ị ỉBRCT và đưa ra được các các h d ch ch nh hay gệ ị ỉ ặp sau đây:

Giá trị K’

khi m=1

T s ỷ ốtruyền i 12

Giá trị K’ khi m=1

H d ch ch nh cệ ị ỉ ủa hãng Glenson được nghiên cứu để ứ ng d ng cho các b truyụ ộ ền

có bánh nh Zỏ 1 ≥ 10 và thường dùng trong trường h p bánh nh là bánh ch ng ợ ỏ ủ độTrong h d ch ch nh Glenson thì chiệ ị ỉ ều cao răng được quy định là h = 2,188m Bản chấ ủt c a s d ch ch nh h Glenson v n là d n t i s ự ị ỉ ệ ẫ ẫ ớ ự tăng chiều cao đầu răng đối v i ớbánh nh ỏ (K’) và giảm chiều cao đầu răng đối v i bánh l n (-ớ ớ K’) so với tiêu chu n ẩthường dùng Khi d ch chị ỉnh đường kính đỉnh c a củ ặp bánh răng sẽ thay đổi

b ng 1.3 ả

1.6.2 Hệ dịch chỉnh theo tiêu chuẩn BSS

Cũng giống v i h d ch ch nh Glenson, h d ch ch nh theo tiêu chu n Anh BSS ớ ệ ị ỉ ệ ị ỉ ẩ

N08545-1934 được dùng trong trường hợp góc ăn khớp α = 200 để làm thay đổi đường kính vòng đỉnh răng( De1 bánh răng nhỏ ớn hơn và D l e2 bánh răng lớn nh ỏ hơn những giá tr quy chuị ẩn tương ứng) và h s dệ ố ịch chỉnh được lấy thông qua giá tr b ng 1.4 ị ả

19

S ố liệu được dùng với h’=1m và h’’ = 1,25m Chỉ ố ủa thước đo răng sẽ thay đổi s c

khi m #1, lúc đó giá trị ủ c a ch s ỉ ố đo sẽ tương đương với tích c a giá tr modul v i tr ủ ị ớ ị

s ố trong bảng nhân v i giá tr c a modun m =1 ớ ị ủ

Bảng 1.4: Giá trị dịch chiều cao đầu răng đối với m = 1

S ố răng quy

đổi

1 1

1

'

cos

ZZ

Chiều cao đầu

BR nhỏ h’1

BR lớn h’2

1,00 0.95 0.92 0,88 0,84 0,80 0,76 0,72 0,68 0,64 0,60

0,747 0,783 0,818 0,854 0,889 0,924 0,960 0,995 1,030 1,065 1,101

1,387 1,413 1,438 1,464 1,490 1,515 1,541 1,567 1,593 1,618 1,644

0,747 0,712 0,677 0,641 0,606 0,571 0,535 0,500 0,465 0,429 0,394

1,387 1,361 1,336 1,310 1,284 1,258 1,233 1,207 1,181 1,156 1,130

H d ch ch nh Bingram d a vào s ệ ị ỉ ự ự thay đổi góc đầu răng để thay đổi chi u cao ề

đầu răng Về ả b n ch t k t qu c a s d ch chấ ế ả ủ ự ị ỉnh là làm thay đổi kích thước bánh răng

nh ỏ và bánh răng lớn H d ch chệ ị ỉnh này được khuyên dùng trong trường h p Zợ 1 < 25

Trong đó: max là góc đầu răng lớn nh t không cho phép cấ ắt lẹm

Khi đó ta dễ dàng nh n th y n u ậ ấ ế max thì sự ị d ch ch nh là không c n thiỉ ầ ết

min non

Trong đó Zminnon, Zmintru là số răng nhỏ nhất tương ứng của bánh bánh răng côn và

bánh răng trụ Giá tr ị Zminnon với fo = 1 được tra theo b ng 1.5 ả

Đố ới v i nh ng BRCT , nh t là khi t s truyữ ấ ỉ ố ền động g n b ng 1, nên l y Zầ ằ ấ 1 > Zminnon

Công thức xác định h s d ch ch nh theo DIN ệ ố ị ỉ

17Cos( ) 25Cos( ) 15

1.6.5 H dệ ịch chỉnh ti p tuy n ế ế

B n ả chấ ủa ệ ịt c h d ch ch nh ti p tuy n là s ỉ ế ế ự thay đổi chiều dày cung răng, cung răng nhỏ được tăng lên và cung răng lớn s ẽ được giảm đi cùng ộ đạ ượm t i l ng Trong

h dệ ịch chỉnh này chi u dày cề ủa răng sẽ thay đổi nhưng không làm thay đổi nh ng yếu ữ

t ố ăn khớp còn l i H s dạ ệ ố ịch chỉnh ti p tuyế ến τ được tra theo b ng 1.6 ả

- 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,09

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,09

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07 0,08 0,09

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08

0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08

0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07 0,08 0,08 Nên s d ng h d ch ch nh này trong nhử ụ ệ ị ỉ ững trường h p mà khi s d ch ch nh ợ ự ị ỉchiều cao không còn thích h p ợ

10' 20' 30' 40' 50' 10' 20' 30' 40' 50' 10' 20' 30' 40'

Z1 = 9

Z1 = 10Z1 = 11Z1 = 12

Z1 = 13 Z1 = 14 Z1 = 15

Hình 1.22 Đồ thị xác đị nh góc d ch ch nh khi = 90ị ỉ 0 Trong các công trình nghiên c u cứ ủa mình V.N Kudryavtsev đã tính toán được góc đầu răng lớn nh t cho phép không có s c t lấ ự ắ ẹm được xác đinh theo công thức:

Điều đó có nghĩa là góc max l n nh t cho phép ch ph thu c vào t s truy n ớ ấ ỉ ụ ộ ỷ ố ề

động mà không ph thu c vào s ụ ộ ố răng của cặp bánh răng Lượng thay đổi góc đầu răng được g i là góc d ch ch nh ọ ị ỉ và s ẽ được xác định theo công th c: ứ

Khi đó nếu max s d ch ch nh là không c n thi t, giá tr góc d ch ch nh ự ị ỉ ầ ế ị ị ỉ đối

với bánh răng nhỏ đượ ấc l y dấu (+) và đối với bánh răng lớ ấn l y d u (-) Dấ ựa vào đồthị(hình1.22 x) ác định d ch ch nh theo Zị ỉ 1 và Z2 khi 90 c a V.N Kudryavtsev ta ủthấy giá tr góc d ch chị ị ỉnh đượ ấc l y không lớn hơn mấy so với giá tr tính theo công ị(1.17)

Ngoài ra V.N Kudryavtsev còn s d ng nh ng h s d ch ch nh ử ụ ữ ệ ố ị ỉ 2 1 thay cho góc dịch chỉnh H s dệ ố ịch chỉnh có th ể xác định theo công thức:

dịch chỉnh được chiều cao

1.6 7 Hệ dịch hỉnh gócc

Các h d ch chệ ị ỉnh góc tương đối ít được s dử ụng và thường ch ỉ được dùng trong trường h p t ng s ợ ổ ố răng của b truyềộ n bé ho c trong nhặ ững lĩnh vực chuyền dùng Theo N S Kôverdaiep và S V Pôtaskaiepep thì đố ới v i các loại bánh răng Z1 >

17 thì không nên d ch ch nh mà xây dị ỉ ựng theo kích thước tiêu chuẩn Để tránh s cự ắt

lẹm răng những truyền động có t ng s ổ ố răng quy đổi > 60 v i Zớ 1 < 17 và i12 > 1,5 ta nên s d ng dử ụ ịch chỉnh chiều cao răng với :

cos 1 cos 21 0,4(1 )

22

1.7 P hương trình đường thân khai

Đường thân khai là m t trong nh ng dộ ữ ạng đường cong thường đượ ử ục s d ng nhi u ề

nhất để xây d ng profile cự ủa bánh răng Ưu điểm n i b t cổ ậ ủa đường thân khai là kh ảnăng ổn định t s truyỉ ố ền động khi làm vi c [1, 2] ệ

ng cong thân khai là qu o c a m

thẳng trong quá trình lăn không trư t trên mợ ột đường tròn c nh [1, 2, 12] Trong t o ố đị ạhình bánh răng thì đường tròn c ố định đó được gọi là đường tròn cơ sở và được xác

định b i công th c: ở ứ

D = 2.r = m.Z.Cos( ) (1.18)

Hình 1.24 Tọa đ điểm trên đườộ ng thân khai

Giả ử s khi có một đường th ng (t) ti p tuy n vẳ ế ế ới đường tròn cơ sở ại điể t m A và lăn không trượt trên đường tròn bắt đầu t điừ ểm A đến điểm A0 và v nên cung thân ẽkhai AP Khi đó nếu g i là góc nhìn c a cung ọ ủ AA0trên đường tròn cơ sở (hình 1.24) chúng ta sẽ xây dựng được tọa độ của điểm P theo h tệ ọa độ ực như sau: c

0 0

OP=

A P ctg r

định b ng công th c (1.27) ằ ứ

Theo tiêu chuẩn của DIN thì đường kính đỉnh răng và chân răng được xác định :

2 0

.Sin 1 sin[ ar ( )]

.Cos 1 cos[ ar ( )]

h n ch Ch y u là do vi c thi u tài liạ ế ủ ế ệ ế ệu cũng như các trang thiết b ị chuyên dùng để

phục vụ nghiên c u ứ

Gần đây các nghiên c u và áp dứ ụng phương pháp gia công bánh răng trên máy phay CNC 3 trục đang từng bước được ổ ến hơn trên thế ớph bi gi i Các nghiên c u có ứliên quan đến ch t o v BRCG ch y u tế ạ ề ủ ế ập trung vào các lĩnh vực sau:

* Các nghiên c u v t o hình b mứ ề ạ ề ặt BRCT

+ Công trình “Surface geometry of straight and spiral bevel gears (1987)” [7] Nghiên cứu phương pháp xây dựng b m BRCT dề ặt ựa trên cơ sở lý thuyế ềt v hình c u ầthân khai qua đó t o hình nên b mạ ề ặt từ ậ t p hợp điểm trong không gian

+ Công trình “Computer aided design of spherical involute bevel gears (2012)”[13] Nghiên c u v viứ ề ệc ứng d ng lý thuy t hình cụ ế ầu thân khai để xây d ng b mự ề ặt răng côn răng thẳng để ạ t o d li u CAD trên ph n m m Catia V5 ph c v cho ch t o ữ ệ ầ ề ụ ụ ế ạcác khuôn mẫu trong công ngh rèn nóng khuôn kín ệ bánh răng

+ Công trình “Computer Aided Design of Bevel Gear Tooth Surface (1987)” 4] [1

Nghiên c u ng d ng lý thuyứ ứ ụ ết ăn khớp trong không gian của Litvin để xây d ng ự

phương trình toán h c mô t t a ọ ả ọ độ điểm trong h tệ ọa độ đề các để mô t b mả ề ặt BRCT và bánh răng côn răng ắn.xo

24

+ Công trình“A study on cutting errors in the tooth profiles of the spur gears manufactured in CNC milling machine (2012)” [15] Nghiên c u v vi c giứ ề ệ ảm ảnh hưởng c a sai s thi t k trong quá trình xây dủ ố ế ế ựng đường thân khai b ng cáằ ch xác định sai s cố ực đại m t cách gộ ần đúng trong quá trình xây dựng d a vào giao tuyự ến gi a ữđường phân giác c a ủ hai điểm liên ti p nhau v i đư ng thân khai lý thuy t ế ớ ờ ế

Đánh giá các nghiên cứu: Các nghiên cứu trên đề ứu ng d ng lý thuyụ ết ăn khớp và

đặc trưng hình dạng của đường thân khai để xây dựng nên phương trình bề mặt răng trong không gian, sau đó thay đổi bi n s u vào (thông s ế ố đầ ố răng) để ố s hóa b mề ặ t

Ưu điểm: Các nghiên cứu đã mô hình hóa được ề ặb m t BRCT ng d ng trong để ứ ụcông nghệ gia công bánh răng

Nhược điểm: Chưa đánh giá được sai l ch thi t k trong vi c s hóa b mệ ế ế ệ ố ề ặt ệc Vi

s hóa các b mố ề ặt của các nghiên cứu trên đang được định lượng theo một đơn vị ự t do cho trước (thông thường kho ng bi n thiên là 1ả ế 0) hoặc có quan tâm đến sai l ch ệ nhưng chưa xác định m t cách chính xác Vộ ấn đề này s ẽ gây khó khăn trong việc ki m soát ể

độchính xác a các b m t củ ề ặ răng khi có đòi hỏ ề đội v chính xác cao

*) Nghiên cứu đặc trưng của bánh răng côn có vai chặn

+ Công trình “Overview and Design of Near Net-Formed Spherical Involute Straight Bevel Gears (2011)” 0] Nghiên c u v [1 ứ ề phương pháp gia công BRCG ằ b ng phương pháp rèn nóng Trong nghiên cứu c a mình nhóm tác gi ủ ả đã minh chứng được

v i k t c u có vai ch n thì BRCT có th ớ ế ấ ặ ể nâng cao được kh ả năng chống phá h y do ủ

ứng su t u n gây nên t 8 n 10% so vấ ố ừ đế ới các bánh răng có cùng thông s ố cơ bản + Công trình “Differential gears (2012) ” [9] trình bày v ề đặc trưng của BRCG

được s d ng trong b vi sai cử ụ ộ ủa ô tô cũng như ưu và nhược điểm c a b truy n ủ ộ ềBRCG Trong công trình c a mình tác gi ủ ả đã kết lu n v i k t c u ậ ớ ế ấ đặc trưng là có g ờ

chặ ở hai đần u s ẽ làm tăng khả năng tải và ch ng phá h y u n cố ủ ố ủa bộ truyền

Đánh giá các nghiên cứu: Các nghiên cứu trên đã ựd a vào th c t ng d ng các ự ế ứ ụ

d ng ạ BRCT trong ngành ô tô để đưa ra các quan điểm c a mình v kh ủ ề ả năng làm việc

c a BRCGủ Qua đó làm rõ tính c n thi t trong vi c nghiên c u và ng d ng BRCG ầ ế ệ ứ ứ ụtrong công nghiệp

Ưu điểm: B ng cách s d ng các ph n m m công nghi p, các nhà nghiên c u ằ ử ụ ầ ề ệ ứ đã

chứng minh được các ưu điểm n i tr i cổ ộ ủ BRCG a là có kh ả năng chống phá h y do ủ

ứng su t u n tấ ố ốt hơn so với các BRCT không có g ch n khi có cùng b thông s ờ ặ ộ ốNhược điểm: Chưa nghiên cứu sâu v ề các phương pháp chế ạ t o BRCG có chất lượng cao

* Nghiên cứu ứng dụng gia công CNC vào gia công bánh răng

+ Công trình “Quality and surface of gears manufactured by free form milling with standard tools (2014)” [11 Nghiên c u v ng d ng các quy trình gia công ] ứ ề ứ ụ

Tác gi ả đã ểki m chứng quy trình khi gia công bánh răng trụ ẳ th ng Z16 m 4,5 và ki m ểtra chất lượng bánh răng đạt ấp độc chính xác c p 4 theo tiêu chu n cấ ẩ ủa DIN ớ v i các thông số hình h c vi mô ọ

+ Công trình “Manufacturing method of double helical gears using multi-axis control and multi-tasking machine tool (2014)” [16] Nghiên c u v viứ ề ệc ứng d ng ụcông ngh phay CNC vào việ ệc gia công bánh răng chữ V có k t c u b h n ch khi gia ế ấ ị ạ ếcông bằng các phương pháp truy n th ng ề ố

+ Công trình “Accuracy measurement and evaluation of straight bevel gear manufactured by end mill using CNC milling machine (2009)” [17] Nghiên c u t ng ứ ổ

25

quan v ề các phương pháp gia công BRCT và đề xuất phương pháp gia công BRCTtrên máy phay CNC và phướng án ki m tra chể ất lượng s n phả ẩm trên máy đo 3 chiều + Công trình “An Investigation on Manufacturing of the Straight Bevel Gear

b m t t ề ặ ừ phương trình đường thân khai dựa trên cơ sở chia lớp bánh răng theo chiều cao Qua nghiên c u nhóm tác gi ứ ả đã đưa ra được phương pháp xây dựng d u chữ liệ ạy dao và khẳng định tính đúng đắn b ng vi c gia công thành công BRCT vằ ệ ớ ội đ nhám b ề

mặt đạt 1,5 m

Đánh giá các nghiên c u: Các nghiên c u trên ứ ứ chủ ế ậ y u t p trung nghiên c u ng ứ ứ

dụng cơ sở lý thuyế ạo hình đểt t gia công các d ng ạ bánh răng trên máy phay CNC và coi đây là xu hướng nghiên c u cứ ần được quan tâm n n a trong công ngh gia công hơ ữ ệbánh răng

Ưu điểm: Khẳng định được kh ả năng của các máy phay CNC 3 trục trong công ngh ệ chế ạ t o b mề ặt bánh răng Chứng minh được vi c gia công trên máy phay CNC ệ

s gi i quy t triẽ ả ế ệt để được nhi u về ấn đề trong gia công truy n thề ống như: hiện tượng

l m dao, s ẹ ự thay đổ ề ế ấi v k t c u, s nh chự ti ỉnh b m t, nâng cao chề ặ ất lượng b m t, s ề ặ ự

h n ch cạ ế ủa ụd ng c cụ ắt răng chuyên dùng,…

Nhược điểm: Chưa nghiên c u s ứ ự ảnh hưởng c a các y u t n ủ ế ố đế độ chính xác khi gia công bánh răng trên máy phay CNC 3 trụ Chưa c nghiên c u v ứ ề các ương phpháp nâng cao năng suất gia công răng ằb ng máy phay CNC 3 tr c ụ

*) Nghiên cứu về đặc trưng của vết tiếp xúc trong gia công bánh răng

+) Công trình“Nghiên c u m t s bi n pháp nâng cao chứ ộ ố ệ ất lượng ch t o b bánh ế ạ ộrăng hypoid trong các loại xe ô tô (2002) [19] Nghiên c u v ” ứ ề cơ sở lý thuyết ăn

khớp không gian qua đó đề xuất phương án nâng cao kh ả năng tiếp xúc c a b truy n ủ ộ ềbánh răng côn hypoid bằng phương pháp hiệu ch nh xích truyỉ ền động máy gia công bao hình, gián tiếp thay đổi tạo hình b mề ặt răng

+ Công trình “Spur Gears: Optimal geometry, Methods for Generation and tooth contact analysis program (1983)” [20] Nghiên cứu việc xây dựng chương trình mô phỏng vết tiếp xúc của bộ truyền động bánh răng trụ khi xét đến sai số truyền động

+ Công trình “Actual Tooth Contact Analysis of Straight Bevel Gears (2015)”[21] Nghiên c u ứ việc áp dụng lý thuyết ăn khớp bánh răng để mô phỏng tiếp xúc ăn khớp trong BRCT khi xét đến sai số truyền động

Đánh giá các nghiên cứu: Các nghiên c u trên ứ đều đánh giá vết ti p xúc là mế ột

y u t quan tr ng trong viế ố ọ ệc đánh giá chất lượng c a b truyủ ộ ền động bánh răng, đặc

bi t là trong các b truyệ ộ ền động bánh răng côn Do đó việc d ự báo và điều ch nh các ỉ

y u t công ngh m b o tiêu chí v t ti p xúc là r t quan trong trong gia công ế ố ệ để đả ả ế ế ấbánh răng

Ưu điểm: M t s nghiên cố ố ứu đã dựa trên cơ sở ỷ s truy n c a các c p bánh t ố ề ủ ặrăng trên thự ếc t luôn t n t i sai s so v i lý thuy t truyền độồ ạ ố ớ ế ng vì nhi u nguyên nhân ềkhách quan Qua đó các tác giả đưa ra phương án dự đoán mô phỏng v t ti p xúc khi ế ế

có sai s truyố ền động trên lý thuy t c a b truyế ủ ộ ền để xây d ng mô t v t ti p xúc trong ự ả ế ế

ăn khớp bánh răng khi có sai lệch truyền động Hoặc điều ch nh quá trình t o hình b ỉ ạ ề

mặt để thay đổi tích chất tiếp xúc

Nhược điểm: Chưa xây dựng được phương trình tường minh để điều khi n vể ết

tiếp xúc ho c giảặ i pháp ki m soát ch t lư ng vể ấ ợ ết tiếp xúc có độ tin c y cao ậ

+) K t lu n chung v các công trình liên quan: ế ậ ề Các công trình nghiên c u v ứ ề lĩnh

v c gia công BRCG nói riêng và BRCT nói chung trên máy phay CNC 3 tr c ch y u ự ụ ủ ế

26

mới chỉ ừ d ng lại ở ức độ ứ m ng d ng kh ụ ả năng công nghệ ủ c a công ngh ệ CNC để gia công ch tế ạo bánh răng côn trên máy phay CNC 3 trục mà chưa nghiên cứu sâu v nh ề ảhưởng c a các y u t công ngh ủ ế ố ệ đến quá trình gia công cũng như tính ổn định, năng suất và chất lượng c a s n ph m khi gia công trên máy phay CNC 3 tr c ủ ả ẩ ụ

Hướng nghiên cứu đề tài

T các k t qu nghiên c u và phân tích ừ ế ả ứ ở trên, tác gi ả nhậ thấn y với hướng nghiên c u t p trung xây dứ ậ ựng phương pháp thiết k và công ngh m bế ệ để đả ảo độchính xác ti p xúc cho b truy n ế ộ ề BRCG khi gia công trên máy phay CNC 3 tr c là có ụtính m i và th i s cao M c tiêu c a lu n án là t p trung gi i quy t viớ ờ ự ụ ủ ậ ậ ả ế ệc đảm ả thiết b o

k và công ngh ế ệ để thỏa mãn yêu c u chính xác p xúc ầ độ tiế thiết k ng th i nâng ế đồ ờcao chất lượng b m t và ề ặ năng suất gia công với phương pháp nghiên cứu lý thuyế ết k t

h p v i thợ ớ ực nghiệm trong gia công

2 Để gia công được BRCG thì phương pháp gia công SSM trên máy phay CNC 3

trục là phương pháp khả ,có tính linh hoạ và đem lạ chấthi t i t lư ng cao ợ

3 Quy trình gia công BRCG trên máy phay CNC 3 tr c c n tuân theo ụ ầ 3 bước chính: T o d ạ ữ liệu đầu vào, lựa chọn d ng c gia công và x lý thông s ụ ụ ử ố

4 Hướng nghiên c u xây dứ ựng phương pháp thiế ết k và công ngh m bệ để đả ảo độchính xác ti p xúc cho b truy n BRế ộ ề CG khi gia công trên máy phay CNC 3 trục

là h p lý ợ

27

RĂNG CÔN RĂNG THẰNG CÓ GỜ CHẶN VỚI THÔNG SỐ

HÌNH HỌC VÀ VẾT TIẾP XÚC

BRCT là một trong nhưng chi tiết căn bản được sử dụng để truyền công suất và vị trí, do đó khi thiết kế chúng ta mong muốn bộ truyền bánh răng có thể đáp ứng được các tiêu chí:

xác từ cấp 1 đến cấp 12, trong đó cấp 1 ứng với cấp chính xác cao nhất còn cấp 12 ứng với cấp kém chính xác nhất Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản Jis B 1704 thì bộ truyền BRCT chỉ được chia thành 9 cấp với cấp 0 là chính xác nhất [3, 4, 22, 23 N] hư ta đã

thấy thì mỗi một hê tiêu chuẩn khác nhau sẽ có các quy định khác nhau về cấp độ chính xác của bánh răng nhưng các cấp bậc chính xác này có thể quy đổi cho nhau

Để đánh giá và phân loại cấp chính xác các chi tiết bánh răng người ta dựa vào các chỉ tiêu như sau:

Độ chính xác động học

Độ ổn định khi làm việc

Độ chính xác tiếp xúc

Độ chính xác khe hở mặt bên

Nếu bỏ qua sử ảnh hưởng của tích chất vật liệu và độ chính xác lắp ráp thì tiêu chí

về độ chính xác vết tiếp xúc và độ chính xác về thông số hình học sẽ được d ng để ùđánh giá chất lượng bánh răng côn

2.1 Đánh giá chất lượ ng qua các thông s hình h c ố ọ

qua nhiều thông số hình học so với hình dạng lý thuyết Để đơn giản hóa quá trình này, một số thông số đã được lựa chọn để đánh giá BRCT và được chia làm 2 loại là [24 ]: Thông số kích thước hoặc thông số vĩ mô

Thông số vi mô

2.1.1 Thông số vĩ mô

Có thể khẳng định rằng thông số quan trọng nhất trong thông số vĩ mô là thông số chiều dày răng Chiều dày răng được định nghĩa là chiều dài của cung tròn giữa các mặt đối diện trên cùng một răng, tức là độ dày của răng bánh răng dọc theo đường tròn lăn Sai số chiều dày răng sẽ ảnh hưởng tới hiệu suất hoạt động và là nguyên nhân gây nên khe hở từ đó sinh ra tiếng ồn trong truyền động Độ chính xác chiều dày răng có thể được đo kiểm bằng phép vật lý hoặc máy đo chuyên dùng