Bài tập cơkhí đại cươngđề 11 chế tạo thanh rang bánh răng

Hanoi University of Science & Technology School of Mechanical Engineering oOo Bài tập CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Đề 11 Chế tạo Thanh rang bánh răng Giảng viên hướng dẫn TS KSHQT Vũ Đình Toại Bộ môn Hàn & CNKL Đ[.]

Hanoi University of Science & Technology School of Mechanical Engineering

oOo

-Bài tập: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

Đề 11: Chế tạo Thanh rang bánh răng

Giảng viên hướng dẫn:TS KSHQT Vũ Đình Toại

Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBKH

Hà Nội, 2021

Phụ lục:

Chương 1 : Giới thiệu chung về sản phẩm chế tạo

Chương 2 : Phân tích vật liệu chế tạo sản phẩm

Chương 3 : Phân tích lựa chọn (các) phương pháp chế tạo sản phẩm và mô tả trình tự gia công với sản phẩm cụ thể đã chọn

Chương 4: Phân tích lựa chọn phương pháp xử lý bề mặt cho sản phẩm chế tạo

Chương 5 :kết luận

Chương 1: Giới thiệu sản phẩm

1 Thanh rang-Bánh răng là gì ?

Bánh răng, thanh răng là hai linh kiện được gia công chế tạo rất chi tiết với độ chính xác cao Thanh răng, bánh răng được dùng làm bộ phận truyền dẫn động cơ, được áp dụng cho các loại máy móc,

nhằm tạo ra các sản phẩm để phục vụ nhu cầu cụ thể của con người như: máy phay, máy cưa, máy khoan, máy mài, máy tiện,…

Hai linh kiện này được làm từ nhiều loại chất liệu khác nhau như: sắt, thép, inox, nhựa cứng,…

Các thông số yêu cầu

- đường kính đinh rang 250mm

-đường kính lắp trục 50mm

-chiều dày bánh rang 40mm

- rãnh then RxC 20x15mm

-chiều dài thanh rang 1000mm

Cơ cấu và nguyên lý hoạt động của thanh răng bánh răng

Bộ truyền động thanh răng bánh răng vận hành theo nguyên lý biến đổi từ chuyển động quay của động cơ sang chuyển động tịnh tiến Khi thanh răng và bánh răng kết hợp với nhau sẽ tạo thành chuyển động ăn khớp theo dạng khép cứng vào nhau, không gây ra độ trượt,

độ rung Điều này cho phép truyền các lực nhỏ trong kỹ thuật chính xác; hay 1 lực rất lớn,như bộ truyền động trong máy cán, giữ được tỷ

lệ truyền chính xác

– Thông số của bộ truyền thanh răng bánh răng

Bánh răng quay 1 vòng làm thanh răng đi πmZ

Trong đó:

+ m: mô đun của thanh răng theo phương chuyển động của thanh

răng, hoặc mô đun của bánh răng vuông góc với trục quay của bánh răng trong mặt phẳng

+ Z: là số răng của bánh răng.

– Tùy theo cấu tạo của từng loại máy móc khác nhau mà có các trường hợp lắp ráp bộ truyền bánh răng, thanh răng như sau:

+ Khi bánh răng quay, thanh răng chuyển động tịnh tiến

+ Khi thanh răng cố định, bánh răng vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến

+ Khi bánh răng cố định, thanh răng vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến

- Vòng đỉnh :

 Vòng đỉnh là đường tròn đi qua đỉnh răng, và kí hiệu là

- Vòng đáy :

 Vòng đáy là vòng tròn đi qua đáy răng, và kí hiệu là

- Vòng chia ( d ):

 Vòng chia là đường tròn tiếp xúc với 1 đường tròn tương ứng của bánh răng khác khi 2 bánh răng ăn khớp với nhau

 Công thức tính:d = m.Z

 Số răng ( Z ):

 Z là số răng của bánh răng

 Công thức tính: Z = d/m

- Ngoài ra thì số răng nhỏ nhất Zmin = 17

- Bước răng ( P ):

 Bước răng là độ dài cung giữa 2 profin của 2 răng kề nhau đo trên vòng chia

 Công thức tính: P = m.π

- Modun ( m ):

 Modun là thông số quan trọng nhất của bánh răng, tất cả các thông số của bánh răng đều có thể tính toán qua modun của bánh răng

 Công thức tính: m = P/π và giá trị modun thường từ 0.05 đến 100 mm

Ví dụ modun tiêu chuẩn như:

+ Dãy 1: 1; 1.25; 1.5; 2; 2.5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25

+ Dãy 2: 1.125; 1.375 ;1.75 ;2.25; 2.75; 3.5; 4.5; 5.5; 7; 9; 11; 14; 18; 22

Chú ý: Mođun là thông số quan trọng nhất và hai bánh răng muốn ăn khớp với nhau thì Modun phải bằng nhau

- Chiều cao răng ( h ):

 Chiều cao răng là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng đáy

 Chiều cao đầu răng ha là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng chia

 Công thức tính: ha = m

 Chiều cao chân răng hf là khoảng cách hướng tâm giữa vòng chia và vòng đáy

 Công thức tính: hf = 1.25m

 Vậy chiều cao răng h = ha + hf = 2.25m

- Chiều dày răng (St ):

 Chiều dày răng là độ dài cung tròn giữa 2 profin của một răng đo trên vòng tròn chia

 Công thức tính: St = P/2 = m/2

- Chiều rộng rãnh răng ( Ut):

 Chiều rộng rãnh răng là độ dài cung tròn đo trên vòng chia của một rãnh răng

 Công thức tính: Ut= P/2 = m/2

Ứng dụng thanh răng bánh răng

– Truyền động của bánh răng thanh răng có cơ cấu khác nhau để có thể truyền chuyển động quay từ trục này sang trục khác và biến

chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại

– Ngoài ra, sử dụng bánh răng có thể truyền được từ chuyển động quay giữa các trục song song với nhau, chéo nhau hoặc vuông góc với nhau

– Bên cạnh đó, truyền động tốc độ và truyền lực của bánh răng rất lớn chính vì thế mà bánh răng được ưa chuộng sử dụng trong các hệ thống chuyển động, vận động của hầu hết các loại máy móc hiện nay

Ví dụ như cơ cấu lái bánh răng thanh răng được ứng dụng trên xe ô

tô du lịch và xe tải nhỏ, xe SUV Đây là cơ cấu cơ khí khá đơn giản, xuất hiện rất nhanh trên hệ thống lái



Chương 2: Phân tích lựa chọn các các vật liệu chế tạo thanh rang bánh răng

1 Dựa vào các tiêu chí của sản phẩm, người ta có những yêu cầu cụ thể khi

chọn vật liệu chế tạo bánh răng: tải trọng lớn hay nhỏ, khả năng công nghệ

và thiết bị chế tạo cũng như vật tư cung cung, kích thước to hay nhỏ gọn…

Và một yếu tố rất quan trọng chính là môi trường làm việc của bánh răng có

ăn mòn hay chịu tác dụng hay không

Vật liệu chế tạo răng thường chia thành 2 nhóm:

- Nhóm 1: độ rắn HB < 350, bánh răng thường được thường hóa hoặc tôi

cải thiện Nhờ độ rắn thấp nên có thể cắt chính xác khi nhiệt luyện, đồng thời bộ truyền có khả năng chạy mòn

- Nhóm 2: độ rắn HB > 350, bánh răng thường được tôi thể tích, tôi bề

mặt, thấm cacbon, thấm nito Dùng các nguyên công tu sửa đắt tiền như mài, mài nghiền… Răng chạy mòn kém nên phải nâng cấp độ chính xác, nâng cao độ cứng của trục

Cũng giống như vật liệu gia công bánh răng thì gia công thanh răng bánh răng cũng tưởng tự

Thép hợp kim thấp có độ bền cao được gọi như vậy vì nó chỉ chứa một lượng rất ít cacbon Một loại của nó chỉ chứa có 0,15% C, 1,65% Mn,

Thép hợp kim thấp có độ bền cao (Tiếng Anh: High Strength Low Alloy Steel; thường được viết tắt là HSLA) là một loại thép hợp kim có nhiều tính năng cao hơn hơn thép hợp

kim thông thường mà trước hết là có độ bền cao hơn

(σ0,2> 300÷320 MPa) trong khi các chỉ tiêu cơ tính khác vẫn đảm bảo yêu cầu của thép xây dựng

Tính chất:

HSLA là vật liệu bền và chịu uốn, cứng hơn các loại thép

caron

Thép hợp kim thấp có độ bền cao thường có khả năng chống được sự ôxi hóa tốt hơn thép carbon thông thường Tuy

nhiên, thép này thiếu đặc tính dễ uốn khi so với thép mềm

Thành phần:

Thép hợp kim thấp có độ bền cao được gọi như vậy vì nó chỉ chứa một lượng rất ít cacbon Một loại của nó chỉ chứa có 0,15% C, 1,65% Mn, <0,035% P & S Chúng có thể chứa một lượng nhỏ đồng, niken, niobi, nitơ, vanađi, crôm, mô lip

đen, silic, hoặc ziriconi Thép hợp kim thấp có độ bền cao có thể còn được gọi là "vi hợp kim", khi chúng chỉ bao gồm một lượng các nguyên tố hợp kim hóa nhỏ làm cho giá trị sử

dụng rộng rãi Chỉ một lượng 0,10% niobi và vanađi có thể cải thiện được tính năng cơ khí của thép thông thường Viêc

bổ sung các nguyên tố trên giúp biến đổi vi cấu trúc của thép carbon

Ứng dụng:

HSLA được sử dụng phổ biến trong ngành chế tạo máy, xe hơi, xe tải, cần trục, cầu và công trình xây dựng đòi

hỏi cường độ chịu lực lớn, và môi trường nhiệt độ rất thấp

1 Ứng dụng

Thép được sử dụng rộng rãi cho nhiều ứng dụng khác nhau được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật cho các chủ công cụ và các thành

phần khác như vậy Chủ yếu được sử dụng trong sản xuất nhu cầu cao hơn, cường độ hao mòn bề, dưới phần dưới 30 mm hoặc các bộ phận được cacbon hóa nhỏ có hình dạng và tải trọng phức tạp (dập tắt dầu), như: bánh răng truyền động, trục bánh răng, CAM, sâu, piston pin, ly hợp vuốt

Đối với biến dạng xử lý nhiệt và các bộ phận chịu mài mòn cao, nên làm nguội bề mặt tần số cao sau khi chế hòa khí, chẳng hạn như mô đun nhỏ hơn 3 của bánh răng, trục, trục,…

Thép này có thể được sử dụng ở trạng thái tôi và tôi Được sử dụng trong sản xuất tải trọng lớn và trung bình trong các bộ phận gia công của mình, loại thép này cũng có thể được sử dụng làm thép tôi có hàm lượng carbon thấp, tăng cường độ sản xuất thép và cường độ kéo tăng (khoảng 1,5 ~ 1,7 lần) Các ứng dụng điển hình như thân van, máy bơm và phụ kiện, Trục, tải trọng cao của bánh xe, bu lông, bu lông hai đầu, bánh răng,…

Chương 3: Phương pháp chế tạo sản phẩm

1 Công đoạn chi tiết gia công thanh rang bánh răng

- Bánh răng này có nhiệm vụ truyền mô men và truyền lực từ trục này sang trục khác của máy Độ chính xác và độ nhám của bề mặt lỗ và bề mặt của răng ảnh hưởng tới sự truyền động của bánh răng

- Kích thước đường kính vòng chia là quan trọng vì nó ảnh hưởng tới sự

ăn khớp của bánh răng Do đó đường kính vòng đỉnh của bánh răng không cần phải gia công chính xác mà ta chỉ cần quan tâm đến độ chính xác của đường kính vòng chia

2 Công đoạn kết cấu hình dáng chi tiết.

- Chi tiết được làm từ vật liệu thép hợp kim 40X Thuộc họ bánh răng trụ răng nghiêng, dạng trụ bậc và một rãnh then Do đó khi nhiệt luyện có thể bị cong vênh gây sai số

- Lỗ trung tâm của bánh răng có kết cấu đơn giản chỉ có một rãnh then

Có thể sử dụng phương pháp chuốt hoặc xọc rãnh then Đây là chi tiết lớn nên sử dụng xọc rãnh then

- Xét trên quan điểm gia công cơ thì kết cấu này có tính công nghệ cao Vì mặt ngoài của bánh răng phẳng, không có gờ Do đó có thể gá được nhiều chi tiết để gia công đồng thời và khả năng sử dụng được các

phương pháp cắt răng có năng suất cao Giảm thời gian cắt, tăng năng suất gia công

- Các bề mặt cần gia công bao gồm: Bề mặt ngoài (chu vi), bề mặt lỗ, hai

bề mặt đầu và bề mặt của răng Trong đó quan trọng nhất là bề mặt của lỗ

- Các thông số yêu cầu

- - đường kính đinh rang 250mm

- -đường kính lắp trục 50mm

- -chiều dày bánh rang 40mm

- - rãnh then RxC 20x15mm

- -chiều dài thanh rang 1000mm

-3 Công đoạn vật liệu chế tạo chi tiết.

Bánh răng chế tạo bằng thép hợp

kim kết cấu

 Có độ bền cao,rất bền trong

điều kiện làm việc tải trọng động trong các hộp số

Muốn cơ tính cao

 Thép hợp kim kết cấu phải trả qua thấm cacbon rồi mới nhiệt luyện

2 Công đoạn chuẩn bị và phương pháp chế tạo phôi

a Phương pháp chế tạo phôi :

Căn cứ vào hình dáng hình học, kích thước, nhiệm vụ của chi tiết trong cấu tạo bộ phận máy Căn cứ vào sự chịu tải điều kiện làm việc của chi tiết và yêu cầu kỹ thuật ta có thể lựa chọn các phương pháp tạo phôi khác nhau

Để đạt được yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, người công nghệ phải xác định được kích thước của phôi và chọn phôi sao cho phù hợp Kích thước của phôi được tính toán theo lượng dư gia công còn chọn loại phôi thì phải căn cứ vào các yếu tố sau:

 Vật liệu và cơ tính của vật liệu của chi tiết phải có theo yêu cầu thực tế

 Kích thước hình dáng và kết cấu của chi tiết

 Số lượng chi tiết cần có hoặc dạng sản xuất

 Điều kiện vật chất kỹ thuật cụ thể của nó tại nơi sản xuất

Chọn phôi hợp lý chẳng những đảm bảo tốt khả năng tính kinh tế của sản phẩm còn ảnh hưởng tốt đến năng suất và giá thành sản phẩm Chọn phôi tốt

sẻ làm cho quy trình công nghệ đơn giản đi mà vẫn dẫn đến xu hướng chung

là làm cho hình dáng và kỹ thuật phôi giống chi tiết gia công Ngày nay kỹ

thuật chế tạo phôi tiến bộ rất nhiều làm giảm nhiều công sức và thời gian trong gia công

b Một số phương pháp tạo phôi:

Hàn là chấp nối những sản phẩm lại với nhau nhờ những que hàn, que hàn được nung nóng lên đến nhiệt độ nhất định nhờ năng lượng điện Sau đó cho que hàn vào chỗ chấp nối hai thanh kim loại sẽ được nối lại thành một Nhược điểm của phương pháp này

bề mặt sau khi hàn xấu và bên trong lỗ thường bị nứt rỗ nên

không áp dụng được phương pháp này với chi tiết “ Bánh răng thanh răng” được

Rèn tự do là quá trình biến dạng tự do kim loại dưới tác dụng của các dụng cụ đơn giản hoặc các thiết bị tạo lực Rèn đem lại chất lượng không cao, độ bóng bề mặt thấp, tốn kim loại Vì vậy

không dùng phương pháp này với chi tiết “ Bánh răng thanh

răng ”

- Dập là phương pháp gia công bằng áp lực, những sản phẩm sử dụng phương pháp này thường có dạng tấm: như chữ I chữ T Nhược điểm của phương pháp này là không dập được những chi tiết dầy, hình dáng quá phức tạp Nhưng dập lại có ưu điểm là lượng dư sau khi dập thường nhỏ và có độ chính xác rất cao Dập thường áp dụng đối với vật liệu là thép nên chi tiết “ Bánh răng thanh răng” rất phù hợp với phương pháp này

- Dập cũng có nhiều phương pháp như dập nóng, dập nguội, dập trong khuôn cối

- Đúc thực chất là phương pháp đổ đầy kim loại lỏng vào lòng khuôn đúc Sau khi hợp kim đông đặc sản phẩm có hình dạng kích thước theo yêu cầu Sản phẩm đúc goi là vật đúc

- Đúc thường áp dụng cho vật liệu là gang, ít dùng cho vật liệu là thép nên nhưng vì kết cấu của bánh răng trụ phức tạp và bánh răng có kích thước lớn , dạng sản xuất hàng khối nên ta sử dụng phương pháp này

- Dựa vào kết cấu của chi tiết,vật liệu chế tạo yêu cầu kĩ thuật bề mặt và kích thước của chi tiết.Ta chọn phương pháp đúc để chế tạo phôi

- Việc chế tạo bằng phương pháp đúc được sử dụng rộng rãi hiện nay vì phôi đúc có hình dạng kết cấu phức tạp và có thể đạt kích thước từ nhỏ đến lớn mà các phương pháp khác như rèn,rập khó đạt được.Cơ tính và

độ chính xác của phôi đúc phụ thuộc vào phương pháp đúc,trình độ kĩ thuật để chọn các phương pháp đúc khác nhau

3 Quy trình gia công bánh răng thanh răng

Chất lượng của chi tiết máy ,độ tin cậy ,tuổi thọ và tính kinh tế của nó trong quá trình vận hành mà nó phụ thuộc rất lớn vào trình độ của các quy trình công nghệ gia công cơ

Quá trình công nghệ gia công cơ là một tập hợp của các tác động đến phôi theo một trình tự nhất định nhằm làm thay đổi kích thước ,hình dáng và trạng thái cơ lý tính của nó để tạo sản phẩm theo bản vẽ thiết kế ban đầu.Quá trình thay đổi kích thước và hình dáng hình học của phôi được thực hiện trong quá trình gia công cơ Còn tính chất trạng thái cơ lý tính của lớp kim loại bề măt sẽ được biến đổi trong quá trình gia công nhiệt

Căn cứ vào dạng sản suất ta lập được phương án sơ bộ quy trình công nghệ của bánh răng với các nguyên công sau:

NC 1: Tạo Phôi.

NC 2: Tiện mặt đầu, tiện thô tiện tinh lỗ và vát mép.

NC 3: Tiện mặt đầu còn lại và vát mép.

NC 4: Tiện thô, tiện tinh trụ ngoài

NC 5: Xọc rãnh then.

NC 6: Phay răng.

NC 7: Nhiệt luyện.

NC 8: Mài nghiền răng

Chương 4: Phương pháp xử lí nhiệt

1 Thấm cacbon:

K/n: Là quá trình tăng cường thêm cacbon vào lớp bề mặt của sản phẩm bằng thép

- Thép dùng đẻ thấm cacbon là loại thép ít cacbon (chứa 0,12 - 0,25% cacbon)

- Sau khi thấm cacbon xong lớp bề mặt sẽ trở thành thép nhiều cacbon (hàm lượng

- cacbon tăng tới 0,9 - 1,0%) có đủ độ cứng cần thiết, trong khi đó bên trong sản phẩm

- vẫn là thép ít cacbon, mềm và dai

- Khi thấm cacbon, sản phẩm được nung nóng tới nhiệt độ 300-350 C và giữ một thời

- gian lâu trong môi trường có chứa nhiều cacbon (ở thể rắn, thể lỏng hoặc thể khí) để

- cacbon khuyếch tán vào mặt kim loại

- Chiều sâu cacbon khuyếch tán vào kim loại thường 0.5-2mm

- Yêu cầu:

- *Độ cứng bề mặt HRC 48-52.

- *Độ Nhám R a = 0.6.

- .Tôi bề mặt.

- Dùng dòng điện cảm ứng tần số 2500Hz-8000Hz.

- Yêu cầu lớp tôi sau từ 2,5mm- 4,5mm.

- Sau khi Tôi ta Ram ở nhiệt độ trung bình (350 0 -450 0 ) giảm ứng lực rõ rệt, tăng

độ bền.

- .Thấm Xyanua.

- Độ sau từ 0.1-0.2 mm nhưng chống ăn mòn bề mặt đồng thời tăng độ cứng rất tốt.

- Thấm kim loại.

- Thấm lên bề mạt chi tiết các kim loại khác để tăng độ cứng, chống ăn mòn , chống gỉ.

- Phun phủ.

- +Phun cao tốc.

- +Phun hồ quang.

- +Phun băng laser.

- Tạo lớp bề mặt có đặc tính đạc biệt, làm việc trong cái môi trường đặc biệt nhưng chi phí cao.

- Dựa vào môi trường làm việc và các yêu cầu về chất lượng của chi tiết trục truyền phương pháp tôi và thấm xyanua là phương pháp tối ưu nhất.

CHƯƠNG V KẾT LUẬN.

- Chi tiết thanh rang bánh răng là chi tiết rất quan trọng và phổ biến trong thực tế Là sự kết nối giữa các chi tiết trong máy Do vậy việc thiết kết, tính toán cho thanh rang bánh răng cần phải rất chính xác để đảm bảo việc tối ưu và hiệu quả của sản phẩm có chi tiết thanh rang bánh răng

- Ngoài ra việc tính toán tìm vật liệu, công nghệ và cách thức chế tạo cũng rất là quan trọng, mỗi phương pháp đều đem lại lợi ích riêng giúp tăng hiệu quả kinh tế, giảm giá thành sản phẩm, tăng tính chính xác, ổn định và tăng tuổi thọ cho chi tiết Để làm vậy người thiết kế phải có nền tảng kiến thức, luôn cập nhập những công nghệ mới, biết cách vận dụng vào sản phẩm Có như vậy thì mới sản xuất ra những sản phẩm chất lượng mang thương hiệu Việt đi ra quốc tế