Bài tập lớn sản phẩm bánh răng môn cơ khí đại cương Trường Cơ khí Đại học Bách Khoa Hà Nội (HUST) với chủ đề bánh răng 4. Tài liệu chỉ mang tính chất tham khảo. Report on gear products in general mechanics, School of Mechanical Engineering Hanoi University of Science and Technology (HUST) with the topic of gears 4. Documents are for reference only.
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG CƠ KHÍ
BÀI TẬP LỚN BỘ MÔN CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG
Đề bài: Sản phẩm bánh răng (đề 4)
Giảng viên hướng dẫn :
Họ tên sinh viên :
Mã số sinh viên-lớp :
Mã lớp :
HÀ NỘI, 12/2021
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM BÁNH RĂNG
1.1 Khái niệm về bánh răng……… 3
1.2 Phân loại bánh răng……… 3
1.3 Bánh răng trụ thẳng răng thẳng……… 4
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VẬT 2.1 Vật liệu thép carbon……… 4
2.2 Thép không rỉ……… 4
2.3 Vật liệu được chọn gia công bánh răng……… 4
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO SẢN PHẨM 3.1 Công đoạn chi tiết gia công bánh răng 3.1.1 Công đoạn và điều kiện làm việc……… 7
3.1.2 Công đoạn kết cấu hình dáng chi tiết của bánh răng……… 7
3.1.3 Công đoạn vật liệu chế tạo chi tiết……… 7
3.2 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi 3.2.1 Phôi cán.……… ……… 7
3.2.2 Phôi rèn……… 8
3.2.3 Phôi đúc 3.2.3.1 Đúc trong khuôn cát……….8
3.2.3.2 Đúc trong khuôn kim loại……….8
3.2.3.3 Đúc ly tâm……… 9
3.2.3.4 Đúc liên tục……… … 9
3.2.3.5 Đúc trong khuôn vỏ mỏng……… 9
3.2.4 Chọn phôi……….9
3.3 Bản vẽ chi tiết……… 9
3.4 Quy trình gia công bánh răng trụ thẳng răng thẳng……… 10
3.5 Cấp chính xác……….11
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NHIỆT 4.1 Xử lý nhiệt(nhiệt luyện) ……….…12
4.2 Một số phương pháp xử lý nhiệt 4.2.1 Ủ loại 1………12
4.2.2 Ủ loại 2………12
4.2.3 Tôi có chuyển biến……… 13
4.2.4 Tôi bề mặt……… 13
4.2.5 Ram……… 13
4.2.6 Hóa già……….13 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
Trang 3CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM BÁNH RĂNG
Bánh răng là tên gọi của chi tiết rất phổ biến, thiết thực gần gũi với người lao động ngay cả những người chưa từng học về cơ khí bao giờ
Trong lịch sử, từ trước công nguyên, bánh răng được người Hy Lạp phát kiến và tìm hiểu về bánh răng, sau đó nó được ứng dụng vào những chiếc đồng hồ và khi kĩ thuật trở nên phát triển thì nó được sử dụng rộng rãi và người ta nghiên cứu về nhiều loại bánh răng khác nhau
Đây là chi tiết rất phổ biến và thông dụng trong cơ khí cũng như ứng dụng trong thực
tế, ở các vật dụng đơn giản trong gia đình như đồng hồ treo tường hay các bộ phận máy trong máy móc, xe máy, hay các các bộ truyền động
1.1.Khái niệm về bánh răng:
- Bánh răng là một bộ phận cơ khí quay được có các răng được cắt có thể khớp nhau với một bộ phận khắc răng khác để truyền momen quay (các răng trên hai bánh răng khớp nhau đều có hình dạng giống nhau)
- Việc nghiên cứu chế tạo ra bánh răng là đột phá trong cơ khí, chúng có tác dụng đẻ truyèn đo ̣ng, phân phói tóc đo ̣ nhanh hay cha ̣m của đo ̣ng cơ, nói cách khác là chúng dùng đẻ đièu phói va ̣n tóc quay tăng hay giảm Đây cũng là một chi tiết máy được ứng dụng rộng rãi
- Truyền động bánh răng được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy và cơ cấu khác nhau để truyền chuyển động quay từ trục này sang trục khác và để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại Từ đó, ta phân loại được các loại bánh răng
1.2.Phân loại bánh răng:
Bánh răng trụ
(răng thẳng, răng nghiêng
và răng xoắn)
Bánh răng côn
(răng thẳng và răng xoắn)
Bánh vít
Trang 4Các loại bánh răng phổ biến trên thị trường:
- Bánh răng trụ thẳng
- Bánh răng khớp trong
- Bánh răng thanh răng
- Bánh răng thanh xoắn
- Bánh răng chữ V
- Bánh răng côn
- Trục vít bánh vít
- Bánh răng nghiêng 1.3 Bánh răng trụ thẳng răng thẳng:
- Dẫn đầu các loại bánh răng phổ biến trên thị
trường hiện nay chính là bánh răng trụ thẳng
Nó được dùng để truyền đồng giữa hai trục song
song với nhau Bánh răng trụ thẳng có 3 loại
nhỏ: răng thẳng , răng nghiêng và răng chữ V
- Ở đề bài này ta sẽ tìm hiểu về bánh răng trụ
thẳng răng thẳng, cụ thể hơn là cỡ bánh răng cỡ
lớn Chúng sở hữu những chiếc răng thẳng và
song song với trục và nó thường được đưa vào
ứng dụng cho các bộ truyền có tốc độ thấp và
trung bình
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CHẾ TẠO VÀ ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA VẬT 2.1 Vật liệu thép carbon:
-Thép carbon là một thép có hai thành phần cơ bản chính là sắt và carbon, trong khi các nguyên tố khác có mặt trong thép carbon là không đáng kể
-Thành phần phụ trợ trong thép carbon là mangan ( tối đa 1,65%) , silic (tối đa 0,6%)
và đồng (tối đa 0,6%) Lượng carbon trong thép càng giảm thì độ dẻo của thép carbon càng cao Hàm lượng carbon trong thép tăng lên cũng làm cho thép tăng độ cứng, tăng thêm độ bền nhưng cũng làm giảm tính dễ uốn và giảm tính hàn Hàm lượng carbon trong thép tăng lên cũng kéo theo làm giảm nhiệt độ nóng chảy của thép
Thép mềm (ít carbon): Lượng carbon trong khoảng 0,05–0,29% (Ví dụ theo tiêu chẩn AISI có thép 1018) Thép mềm có độ bền kéo vừa phải, nhưng lại khá rẻ tiền
và dễ cán, rèn; Thép mềm sử dụng nhiều trong xây dựng, cán tấm, rèn phôi
Thép carbon trung bình: Lượng carbon trong khoảng 0,30–0,59% (Ví dụ theo tiêu chuẩn AISI có thép 1040) Có sự cân bằng giữa độ mềm và độ bền và có khả chống
Trang 5bào mòn tốt; phạm vi ứng dụng rộng rãi, là các thép định hình cũng như các chi tiết máy, cơ khí
Thép carbon cao: Lượng carbon trong khoảng 0,6–0,99% Rất bền vững, sử dụng
để sản xuất nhíp, lò xo, kéo thành sợi dây thép chịu cường độ lớn
Thép carbon đặc biệt cao: Lượng carbon trong khoảng 1,0–2,0% Thép này sẽ đạt
được độ cứng rất cao Dùng trong các việc dân dụng: dao cắt, trục xe hoặc đầu búa Phần lớn thép này với hàm lượng 1,2%C được sử dụng trong công nghệ luyện kim bột và luôn được xếp loại vào với thép carbon có hợp kim cao
2.2 Thép không rỉ:
Thép không rỉcòn gọi là thép inox hay inox (phát âm tiếng Việt như là i-nốc) bắt nguồn trong tiếng Pháp inoxydable (inoxidizable) là một hợp kim thép, có hàm lượng crom tối thiểu 10,5% theo khối lượng và tối đa 1,2% carbon theo khối lượng Các đặc tính của nhóm thép không gỉ có thể được nhìn dưới góc độ so sánh với
họ thép cacbon thấp Về mặt chung nhất, thép không gỉ có:
-Tốc độ hóa bền rèn cao
-Độ dẻo cao hơn
-Độ cứng và độ bền cao hơn
-Độ bền nóng cao hơn
-Chống chịu ăn mòn cao hơn
-Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn
-Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit)
Các cơ tính đó thực ra đúng cho họ thép austenit và có thể thay đổi khá nhiều đối với các mác thép và họ thép khác Các cơ tính đó liên quan đến các lĩnh vực ứng dụng thép không gỉ, nhưng cũng chịu ảnh hưởng của thiết bị và phương pháp chế tạo 2.3 Vật liệu được chọn gia công bánh răng:
- Vật liệu được chọn để gia công chi tiết là thép carbon S45C
Thông số kỹ thuật của thép S45C:
- Tên gọi Việt Nam: Thép S45C, thép C45, CK45 hay 1045
- Tên gọi Tiếng Anh: S45C steel, C45 steel
Tiêu chuẩn thép S45C:
- Mác thép S45C theo tiểu chuẩn JIS 4051 của Nhật Bản
- Những mác thép tương đương S45C:
* 1045 theo tiêu chuẩn ASTM A29 của USA
Trang 6* GT10450 theo tiêu chuẩn ASTM A681 của USA
* CK45 theo tiêu chuẩn DIN 17350 của Đức
* 45 theo tiêu chuẩn GB/T 1299 của Trung Quốc
* CK45 hay 1.1191 theo tiêu chuẩn EN 10083-2 của Châu Âu
Tính chất hóa học của thép S45C và C45:
- Thực tế, S45C và C45 có đôi chút khác nhau, nhưng sự khác nhau này là không
đáng kể, chúng ta có thể coi như một
S45C/ JIS G4051 0.42-0.48 0.60-0.90 0.30 max 0.35 max 0.15-0.35
C45/ EN 10083-2 0.42-0.50 0.50-0.80 0.30 max 0.35 max 0.40 max 0.40 max 0.40 max
Dễ thấy theo tiêu chuẩn EN 10083-2 của Châu Âu thì có thêm thành phần Ni và Cr,
cụ thể là 0,40% max
Tính chất cơ học của thép S45C:
Mác Module
đàn
hồi
Suất đàn hồi
Module cắt Độ bền kéo Độ bền uốn Hệ số poission Độ dãn dài
giới hạn
Khả năng gia công
Rút gọn mặt cắt
S45C
(JIS
G4051)
190-210
(GPa)
205 (GPa)
80 (GPa)
569 (Mpa)
343 (Mpa)
0.27-0.30 17(%) 55(%) 45(%)
Khối lượng riêng của thép S45C:
- 7.87g/cc theo metric
- 0.384 lb/𝑖𝑛 3 theo Imperial
Độ cứng của thép S45C:
- Độ cứng hb của thép S45C: 84HRB
- Độ cứng Brinell: 163HB
- Độ cứng Vikers: 170HRV
Với độ cứng như vậy của thép S45C là tương đối lý tưởng trong nhóm thép carbon
trung bình (C%: 0.42 -0.50)
Trang 7CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO SẢN PHẨM
3.1 Công đoạn chi tiết gia công bánh răng:
3.1.1 Công đoạn và điều kiện làm việc:
Bánh răng gia công gồm 2 mặt trụ, có 6 lỗ tam giác ở 2 mặt trụ, mặt cạnh là 72 răng với độ chính xác gia công cao để ăn khớp với bánh răng khác
Có một lỗ trục với 1 rãnh then khi lắp vào trụ xiết chặt vào trụ tránh việc bánh răng xoay quanh trụ cố định
3.1.2 Công đoạn kết cấu hình dáng chi tiết của bánh răng:
Bánh răng có hình dạng đĩa trụ( bao gồm đường kính ngoài, đường kính trong) ngoài
ra, điểm đặc biệt quan trọng cần chú ý đến là răng của bánh răng, khi các răng của bánh ăn khớp với các răng của bánh răng khác sẽ truyền chuyển động, momen quay
3.1.3 Công đoạn vật liệu chế tạo chi tiết:
Ưu điểm :
- Chịu lực cùng tính đàn hồi tương đối tốt, có thể chịu được va đập mạnh, độ bền kéo cũng thời hạn chảy cũng khá cao
- Độ bền của thép khá cao nên nó sẽ có khả năng chống bào mòn và chống oxy hóa cực tốt, đồng thời cũng chịu được tải trọng cao
Nhược điểm :
- Khả năng chịu nhiệt không quá cao
- Hiệu quả hóa bền bằng nhiệt thấp
3.2 Chọn phôi và phương pháp chế tạo phôi
Có nhiều phương pháp tạo phôi khác nhau, có thể kể đến như: phương pháp cán, phương pháp đúc, phương pháp rèn
3.2.1 Phôi cán:
- Phôi cán là sản phẩm của nhà máy luyện kim liên hợp để chế tạo trực tiếp chi tiết bằng phương pháp gia công có phôi trên các máy cắt gọt kim loại
* Phôi cán có hai loại : phôi cán nóng và phôi cán hiệu chuẩn
- Phôi cán nóng là phôi vừa cán ở nhà máy luyện kim liên hợp ra, chưa được bóc vỏ đen bên ngoài, loại phôi này có độ chính xác kích thước thấp
- Phôi cán hiệu chuẩn là loại phôi cán nóng được bốc đi lớp vỏ đen bên ngoài do đó loại phôi này có độ chính xác cao hơn Phôi cán hiệu chuẩn có các hình dạng khác nhau như tròn, lục giác, tam giác thậm chí có cả những tiết diện định hình
- Ưu điểm:
+ Độ chính xác của phôi cao, năng xuất chế tạo phôi cao
+ Phôi cán có nhiều dạng và nhiều tiết diện
+ Phương pháp chế tạo phôi đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo và năng suất cao
Trang 8- Nhược điểm:
+ Cơ tính vật liệu không tốt phôi có hình dáng đơn giản trên bề mặt
+ Không cán được các loại vật liệu dòn
+ Không cán được các loại phôi có kích thước lớn
3.2.2 Phôi rèn:
Khởi phẩm của phôi rèn là thép đúc hay phôi cán , so với phôi cán thì phôi rèn có kết cấu bền chặt hơn, do đó đối với những trục quan trọng như trục chính các máy cắt kim loại, trục khuỷu các loại động cơ đốt trong người ta thường dùng phôi rèn Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt trở lên
- Ưu điểm:
+ Vốn đầu tư thấp, thiết bị đơn giản, kim loại bị biến dạng về tất cả các hướng cho nên phôi
có cơ tính tốt
- Nhược điểm:
+ Khó tạo được phôi có hình dáng phức tạp, năng suất thấp, không phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt vừa trở lên,chỉ phù hợp với dạng sản xuất loạt nhỏ hay đơn chiếc
+ Có độ chính xác kích thước thấp
3.2.3 Phôi đúc:
Phôi đúc có cơ tính không cao bằng phôi rèn, cán nhưng dễ dàng trong việc chế tạo khuôn đúc cho những chi tiết có vật liệu là gang
- Ưu điểm:
+ Có thể đúc đuợc tất cả các kim loại và hợp kim, thường là gang, thép, kim loại màu và hợp kim của chúng có khối lượng từ vài gram đến vài trăm tấn
+ Đúc được các chi tiết có hình dạng và kết cấu phức tạp như thân máy bệ máy công cụ, vỏ động cơ mà các phương pháp khác khó chế tạo khó khăn hay không chế tạo được
+ Có thể đúc nhiều kim loại khác nhau trong một vật đúc
+ Dễ cơ khí hóa, tự động hóa, cho năng suất cao, giá thành thấp và đáp ứng tính linh hoạt trong sản xuất
- Nhược điểm:
+ Tốn kim loại cho hệ thống rót
+ Có nhiều khuyết tật làm tỷ lệ phế phẩm cao
+ Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc đòi hỏi thiết bị hiện đại
3.2.3.1 Đúc trong khuôn cát
- Đúc trong khuôn cát là dạng đúc phổ biến Khuôn cát là loại khuôn đúc một lần Vật đúc tạo hình trong khuôn cát có độ chính xác thấp, độ bóng bề mặt kém, lượng dư lớn Thích hợp với vật đúc phức tạp, khối lượng lớn
- Không thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối do phương pháp đúc trong khuôn cát khó cơ khí hoá và tự động hoá
3.2.3.2 Đúc trong khuôn kim loại:
Đúc trong khuôn kim loại có thể thực hiện việc điền đầy kim loại theo nhiều cách:
- Rót tự do: Thích hợp cho sản xuất hàng loạt lớn, vật đúc nhỏ, trung bình, cấu tạo đơn giản Vật đúc có cơ tính cao, dùng đúc các vật liệu khác nhau
Trang 9- Điền đày kim loại đưới áp lực: Sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối Vật đúc nhỏ, đơn giản Đúc vật đúc yêu cầu chất lượng cao, thích hợp cho cả vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp
3.2.3.3 Đúc ly tâm
- Dùng trong sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa, vật đúc tròn xoay, rỗng Không dùng cho vật liệu có thiên tích lớn Cơ tính vật đúc không đều
3.2.3.4 Đúc liên tục
- Dùng trong sản xuất hàng loạt Vật đúc có dạng thỏi hoặc ống, có thiết diện không đổi trên suốt chiều dài, độ dài lớn Vật đúc có mặt ngoài và mặt trong đạt chất lượng cao, không cần gia công
3.2.3.5 Đúc trong khuôn vỏ mỏng:
- Dùng trong sản xuất hàng loạt, vật đúc nhỏ và trung bình Chế tạo vật đúc có chất lượng cao, kim loại quý, lượng dư gia công nhỏ Tuy vậy, giá thành sản xuất đúc là rất lớn
3.2.4 Chọn phôi:
Từ những đặc tính trên, đúc khuôn kim loại có thể được người ta dùng để chế tạo phôi bánh răng trụ răng thẳng, bánh răng côn răng thẳng và dải quạt cắt răng TUY NHIÊN, do dạng sản xuất là hàng loạt vừa, trang thiết bị tự chọn, và vật liệu của chi tiết gia công là S45C để giảm thời gian gia công cơ nên ta chọn phôi rèn
3.3 Bản vẽ chi tiết:
B
C
D
Trang 103.4 Quy trình gia công bánh răng trụ thẳng răng thẳng:
Gia công bánh răng tương đối phức tạp vì vừa cần đảm bảo các quy chuẩn yêu cầu
kỹ thuật vừa đảm bảo yêu cầu về khả năng truyền tải Gia công bánh răng phụ thuộc phần lớn vào vật liệu, độ chính xác khi thiết kế cũng như máy công cụ gia công
-Nguyên công 1: Tiện thô mặt trụ ngoài
-Nguyên công 2: Tiện mặt B để tạo độ lồi cho vành ngoài lỗ trục Ở bước này, lượng
dư khá lớn
Chọn máy: Máy tiện T616 (theo sổ tay CTM tập 3, bảng 9-4 trang 17)
-Nguyên công 3: Khoan lỗ trục ở tâm bánh răng với đường kính là 35
-Nguyên công 4: Tiện mặt C và D, phay lỗ tam giác:
+ Tiện mặt C và D với độ sâu 23 và đường kính 245 như bản vẽ, vát vành miệng cho bớt sắc
+ Sau bước trên, phay 6 lỗ tam giác trên máy phay CNC với kích thước theo như bản vẽ, vát lại vành miệng của 6 lỗ cho bớt sắc
Vì đây là bánh răng cỡ to nên khoét đi 6 lỗ để giảm trọng lượng của bánh răng, vừa tiết kiệm vừa để bánh chuyển động dễ hơn
-Nguyên công 5: Tiện rãnh then với độ rộng là 18 và độ cao so với tâm là 22.5 Tạo
rãnh then giúp cho bánh răng truyền chuyển động tốt hơn Kết hợp với việc rót dầu vào vị trí rãnh then để làm mát
-Nguyên công 6: Chế tạo răng thẳng ăn khớp ngoài.
Trang 11+ Phay răng trong chế tạo bánh răng chuyên dụng:
sẽ có một lưỡi dao làm tự vật liệu cứng hơn vật liệu
bánh răng, lưỡi dao và bánh răng cùng lúc xoay và
cắt nhiều lần để ra đúng thông số kĩ thuật mong
muốn vì nếu cắt luôn một lần mà được như thông số
kĩ thuật thì chắc chắn lưỡi dao sẽ gãy, người ta tra
dầu vào cùng lúc để làm mát Kích thước biên và bề
mặt của răng sẽ được quyết định bởi công đoạn này
Tuy nhiên cũng còn nhiều yếu tố khác quan trọng để
đề phòng độ lệch trục khi quay Tuy bước này thực
hiện khá đơn giản nhưng cần độ chính xác đến từng
micro
-Nguyên công 7: Kiểm tra thông số
kĩ thuật từng răng bằng cảm biến
-Nguyên công 8:
+ Sau khi bánh răng qua được
nguyên công 7 sẽ được đưa đến lò
nung để bắt đầu nhiệt luyện nhằm
tôi cứng thép Sau khi tôi xong sẽ
được ngâm dầu để tang độ cứng
của thép
+ Tuy nhiên, quá trình này sẽ
phần nào làm biến dạng phần nào
bề mặt bánh răng nên sau khi nhiệt luyện nên bánh răng được đưa vào máy mài CNC
để khôi phục theo đúng thông số kĩ thuật
+ Lưu ý: Nếu quá nhiệt răng sẽ bị giòn và dễ vỡ, nếu thiếu nhiệt thì răng lại không
đủ độ cứng cần thiết Do đó cần cẩn thận , tính toán tỉ mỉ trước khi xử lí nhiệt, phần sau ta sẽ tìm hiểu đến phần này
3.5 Cấp chính xác:
Cấp chính xác đánh giá theo tiêu chuẩn cấp Nhà nước TCVN (Tiêu chuẩn Việt Nam), tiêu chuẩn này được quy định trong 12 cấp độ chính xác khác nhau từ 1÷12 Trong
đó, cấp 1 là cấp chính xác nhất theo thứ tự giảm dần đến cấp 12 là cấp thấp nhất Thông thường, cấp chính xác hay dùng từ cấp 3÷11
Riêng cấp chính xác của bánh răng được đánh giá theo các chỉ tiêu sau đây:
- Độ chính xác động học: Được đánh giá bằng sai số góc quay của bánh răng sau 1 vòng làm việc Sai số này do hệ thống công nghệ gia công gây ra
- Độ ổn định khi làm việc: Được đánh giá bằng sai số chu kỳ tức là giá trị trung
bình của sai số truyền động bằng tỷ số giữa sai lệch lớn nhất và số bánh răng Dao động của tốc độ quay sẽ gây ra rung động và tiếng ồn của truyền động
Một số loại lưỡi dao phay răng
Hình ảnh máy phay răng