Nghiên cứu điều chỉnh chế độ cắt hợp lý để nâng cao tuổi bền dụng cụ gia công bánh răng

Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu quá trình tạo hình bánh răng côn xoắn và phương pháp chế tạo bánh răng côn xoắn trên máy phay CNC với các nội dung : - Xây dựng phương trình mặt hông ră

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG MINH CHÂU

NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHỈNH CHẾ ĐỘ CẮT HỢP LÝ ĐỂ NÂNG CAO TUỔI BỀN DỤNG GIA CÔNG BÁNH RĂNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1.GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG

Hà Nội – Năm 2011

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

LỜI CẢM ƠN

Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo GS.TSKH Bành Tiến Long cùng toàn thể các Thầy, Cô trong Bộ môn Gia công Vật liệu và Dụng cụ công nghiệp – Viện cơ khí- Trường Đại học Bách khoa Hà nội Em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học

Nhân dịp hoàn thành luận văn cao học Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cô giáo trong Bộ môn, Viện và Trường Đại học Bách khoa

Hà nội đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành khóa học

Xin chân thành cám ơn các thầy phản biện đã đóng góp những ý kiến quí báu và bổ ích để bản luận văn được hoàn thiện

Ngày … tháng 10 năm 2011 Tác giả

Hoàng Minh Châu

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

LỜI CAM ĐOAN

Luận văn Thạc sĩ “Nghiên cứu điều chỉnh chế độ cắt hợp lý để nâng

cao tuổi bền dụng cụ gia công bánh răng ”

Hướng dẫn khoa học: GS.TSKH Bành Tiến Long

Học viên thực hiện: Hoàng Minh Châu

Chuyên ngành: Chế tạo máy

Khoá học 2009 – 2011,

Viện Cơ khí - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, không nhờ, thuê, mua hay dowload Luận văn của người khác

Kết quả nghiên cứu trong Luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong công trình nghiên cứu nào

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin chịu trách nhiệm về những cam đoan trên

Ngày 26 tháng 11 năm 2011 Học viên

Hoàng Minh Châu

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN 5

MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨUTẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN XOẮNTRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 11

1 1 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH 11

1.1.1 Phương pháp giải tích 11

1.1.2 Phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng 17

1.2 LĨNH VỰC NGHIÊN CÚU VÀ SẢN XUẤT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN Ở VIỆT NAM 20

1.3 KẾT LUẬN 21

CHƯƠNG 2: TẠO HÌNH BỀ MẶT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN HỆ GLEASON 23

2.1 NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 23

2.1.1 Nguyên lý chế tạo bánh răng Gleason 23

2.1.2 Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg 24

2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlicon 26

2.1.4 Các phương pháp cắt 28

2.2 PHƯƠNG TRÌNH MẶT HÔNG RĂNG 29

2.2.1 Phương trình viết dưới dạng giải tích 29

2.2.2 Ứng dụng ten xơ quay viết phương trình mặt hông bánh răng côn xoắn hệ Gleason 32

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

2.3 LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN TỌA ĐỘ GIAO ĐIỂM CÁC ĐƯỜNG

CONG THÔNG SỐ VÀ MÔ PHỎNG MẶT HÔNG RĂNG 40

2.4 KẾT LUẬN 45

CHƯƠNG 3 :NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÁNH RĂNG CÔN RĂNG XOẮN HỆ GLEASON TRÊN MÁY PHAY CNC 46

3.1 THIẾT LẬP LƯỚI ĐIỂM CỦA MẶT HÔNG RĂNG 46

3.2 GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC 47

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN

lượng chạy dao thời gian, vật liệu gia công

D - Đường kính đầu dao

d1, d2, d3, d4 - Đường kính đỉnh trong, ngoài, đường kính chân trong,

chân ngoài bánh răng (cùng ký hiệu với đờng kính chia trong tính toán sai số xích động )

e - Độ đảo hướng kính

e d - Véc tơ pháp tuyến

e tr - Độ đảo hướng trục

E - Mô đun đàn hồi (cùng ký hiệu với hệ số sử dụng máy)

H - Chiều cao toàn phần răng ở đường kính ngoài bánh răng

HB, HRC, - Độ cứng Brinell, Rockwell

i - Tỷ số truyền

k,k p - Số lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt

K - Hệ số đặc tính

K - Véc tơ biểu diễn phương trình mặt hông răng

f c , f ch - Hệ số chiều cao đỉnh răng, chiều cao chân răng

Lmax - Chiều dài đường cắt lớn nhất

Lc - Chiều dài côn chia

L d - Chiều dài côn đỉnh bánh răng

L - chiều dài tenzo

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

m,m d - Mô đun, mô đun mặt đầu

n td - Tốc độ đầu dao

P - Số đường cắt cần thiết để cắt hết một rãnh răng

P bv - Lực tác dụng lên bánh vít

R bv - Bán kính bánh vít

S - Tổng chiều dài đường cắt

S t - Lượng chạy dao thời gian, tổng diện tích xung trong chu

kỳ gia công

S td Tiết diện phần tử đàn hồi

t z - Thời gian gia công một răng

u 1 ,u 2 - Thông số bề mặt bánh răng côn xoắn

- Tốc độ cắt gọt

V r, V2 - Thể tích vật liệu còn lại của rãnh răng

V - Véc tơ từ gốc đến đỉnh côn sinh

Zl , Z2 - Số răng của các bánh răng

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

∆l - Chiều dài phần răng

∆tΣ - Sai số tích lũy bước vòng

ϕ - Góc côn chia của bánh răng côn xoắn

ϕc - Góc côn chân bánh răng

∆ϕ - Sai số góc quay trên trục bị động

∆f - Sai số profin răng

∆a - Sai số nhóm truyền động

η - véc tơ từ đỉnh côn sinh đến điểm chọn trên lưỡi cắt

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Bánh răng côn xoắn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế, trong công nghiệp sản xuất ôtô, thiết bị mỏ,

đầu máy xe lửa, thiết bị quân sự, hàng không v.v Do tính ưu việt của bộ

truyền mà người ta đang có xu hướng thay thế các bánh răng côn răng thẳng bằng các bánh răng côn xoắn trong các cơ cấu truyền động, vì vậy thị trường của nó có tiềm năng to lớn và càng được mở rộng khi sản xuất ôtô ra đời và đòi hỏi nhanh chóng nội địa hóa nền công nghiệp sản xuất ô tô Song công nghiệp sản xuất bánh răng côn xoắn của nứơc ta hiện nay ở dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ loại bánh răng côn xoắn hệ Gleason trên các máy công cụ chuyên dùng với công nghệ sản xuất chưa hoàn chỉnh, độ chính xác thấp, không đáp ứng được nhu cầu của sản xuất Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu đầu tư pháp triển công nghiệp cơ khí chế tạo bánh răng côn xoăn

Do đó " Việc nghiên cứu quá trình tạo hình bánh răng côn xoắn và chế

tạo bánh răng côn xoắn trên máy phay CNC” hết sức cấp bách để làm cơ sở

khoa học cho quá trình triển khai công nghệ sản xuất nhằm nâng cao độ chính xác truyền dẫn, sức bền, tuổi thọ, năng suất, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất sản phẩm này

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu quá trình tạo hình bánh răng côn xoắn và phương pháp chế tạo

bánh răng côn xoắn trên máy phay CNC với các nội dung :

- Xây dựng phương trình mặt hông răng côn răng xoắn hệ Gleason dựa trên nguyên lý tạo hình bánh răng côn xoắn từ đó xác định lưới điểm bề mặt hông răng

- Thiết kế, chế tạo bánh răng côn xoắn hệ Gleason trên máy phay CNC,

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

xử lý số liệu, đánh giá sai số gia công v v

- Quy luật ảnh hưởng của các thông số vận tốc cắt Vc, lượng chạy dao

thời gian S t tới lực cắt từ đó tìm vết tiếp xúc tối ưu của cặp bánh răng với lực

cắt và chế độ cắt tương ứng

Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp giải tích, phương pháp tính toán gần đúng bộ truyền bánh răng côn xoắn, lý thuyết cắt gọt, lý thuyết ten xơ quay, lý thuyết tiếp xúc HERTZ và công cụ tin học để nghiên cứu quá trình tạo hình bánh

răng côn xoắn

Những đóng góp mới của đề tài

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của đề tài được sử dụng trong công nghệ gia công bánh răng côn xoắn hệ Gleason Nó giúp cho các nhà công nghệ có thêm sự lựa chọn khi gia công bánh răng côn xoắn hệ Gleason đảm bảo chất lượng thông số đặc trưng của bề mặt hông răng Kết quả nghiên cứu và thiết bị thí nghiệm là ph-ương tiện tốt hỗ trợ cho công tác đào tạo

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

Cấu trúc đề tài

Đề tài gồm : mở đầu , 3 chương và kết luận chung

Mở đầu trình bày tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nhiệm vụ của đề tài Chương 1 : Tổng quan về các công trình nghiên cứu tạo hình bánh răng côn xoắn trên thế giới và ở Việt nam

Chương 2 : Tạo hình bề mặt bánh răng côn xoắn hệ Gleason

Chương 3 : Chế tạo bánh răng côn răng xoắn trên máy phay CNC

Kết luận trình bày các kết quả chính của đề tài

Giới hạn của đề tài

1 Chỉ nghiên cứu cho loại bánh răng côn xoắn hệ Gleason

2 Chỉ đề cập đến chỉ tiêu chất lượng là vùng tiếp xúc, không đề cập

đến ảnh hưởng động lực học tới tiếng ồn

Hướng phát triển của đề tài

1 Trên cơ sở phương pháp nghiên cứu bánh răng côn xoắn hệ Gleason, phát triển nghiên cứu cho dạng răng khác như Klingelnberg, Oerlicon Đồng thời các số liệu sẽ là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu sâu về động lực học và chất lựơng máy gia công bánh răng côn xoắn

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨUTẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN XOẮNTRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở

VIỆT NAM

Chương này trình bày tổng quan quá trình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt nam về thiết kế, tính toán hiệu chỉnh máy để gia công bánh răng côn xoắn Các phương pháp nghiên cứu quá trình tạo hình mặt hông răng Đó là

cơ sở để nghiên cứu ảnh hửơng của quá trình động lực học cắt (bao gồm cả các thông số công nghệ) và các yếu tố ảnh hưởng khác tới quá trình tạo hình

bề mặt

1 1 CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH

TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN XOẮN

Nhiều công trình nghiên cứu quá trình tạo hình mặt hông răng bánh răng côn xoắn đã công bố cho thấy các tác giả đã sử dụng hai phương pháp chủ yếu để nghiên cứu đó là phương pháp giải tích, phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng

1.1.1 Phương pháp giải tích

Công trình nghiên cứu [29] là các công trình nghiên cứu cơ bản đầu tiên về lý thuyết.ăn khớp không gian Tác giả [29] trình bày lý thuyết chung tạo ra mặt hông của bánh răng ăn khớp không gian đối tiếp bằng phương pháp bao hình Theo phương pháp này hai mặt răng được hình thành sẽ có tiếp xúc nhau theo đường hoặc điểm Tuy nhiên tác giả chỉ nghiên cứu ăn khớp không gian trong lĩnh vực hình học Phương pháp hình học có nhiều hạn chế trong quá trình nghiên cứu lý thuyết tạo hình vì vậy X.И.Γохман [9 ,10] , [11 ] đã đưa ra lý thuyết ăn khớp giải tích để nghiên cứu quá trình hình thành mặt hông răng bánh răng côn xoắn bằng phương pháp bao hình Theo lý thuyết ăn khớp giải tích thì bề mặt ăn khớp được xác định như là vị trí hình học của đường tiếp xúc bề mặt răng trong hệ tọa độ cố định Tiếp theo là các công

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

trình [12 ,13] đã ứng dụng phương pháp ăn khớp giải tích của X.И.Γохман tìm ra nhiều dạng ăn khớp không gian hiện đại có khả năng cắt chúng trong thực tế sản xuất Phương pháp này còn được ứng dụng để tạo biên dạng dụng

cụ cắt răng bằng phương pháp bao hình Phương pháp X.И.Γохман tính toán

ăn khớp không gian đơn giản hơn so với tính toán theo phương pháp hình học

vi phân song vẫn còn phức tạp Hàng loạt các nghiên cứu tiếp theo [8,22] đưa đến một phương pháp tính toán ăn khớp không gian đơn giản hơn, bát đầu từ

lý thuyết ăn khớp không gian dưới đây :

Tại điểm tiếp xúc với mặt hông răng, véc tơ vận tốc chuyển động tương đối cần phải nằm trong mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt đối tiếp Từ đó suy ra chuyển động tương đối của bề mặt hông răng với bề mặt đối tiếp chỉ có thể lăn, trượt trên nhau và véc tơ vận tốc chuyển động tương đối nằm trong mặt phẳng tiếp tuyến với bề mặt này Phương pháp đó được gọi là phương pháp động học

Trong công trình của Bull Chung, Blau Tsay[26] ứng dụng tin học để nghiên cứu, tính toán, thiết kế và mô phỏng hình học mặt hông răng Mặt hông răng được tác giả mô phỏng dưới dạng mô hình toán học Trên cơ sở

đó, tiến hành tính toán, thiết kế cặp bánh răng côn xoắn và vẽ bánh răng được thiết kế trên máy tính, đồng thời cho phép tính toán kích thước vị trì trung tiếp xúc, xử lý kết quả, đưa ra lời khuyên về các thông số điều chỉnh máy và dụng

cụ để đạt được vùng tiếp xúc yêu cầu Tính toán thiết kế, tính toán điều chỉnh máy để gia công bánh răng côn xoắn đòi hỏi độ chính xác cao và tốn nhiều thời gian Vì vậy tin học ngày càng được ứng dụng rộng rãi để tinh toán thiết

kế, khảo sát profin răng trong chu kỳ gia công bánh răng côn xoắn [28, 29,30, 31] Phát triển phương pháp giải tích khớp, công trình nghiên cứu của

Φ.Л.Л.ИТВИН [17,18], chỉ ra rằng bề mặt hông răng ăn khớp không gian

trong phương pháp giải tích được biểu diễn hợp lý nhất là viết dưới dạng

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

phương trình thông số.Véc tơ bán kính của điểm trên mặt đang xét(hình1-1 ),xác định trong hệ tọa độ Đề Các có dạng sau :

r = x(u,v) i+ y(u,v) j + z(u,v)k (1-1)

ở dây u,v – là các thông số của phương trình bề mặt

Theo hình học vi phân hai thông số u, v được coi là độc lập khi thỏa

Nếu một trong hai thông số không đổi, giả sử v = v i với v i = const, còn

u biến đổi thì phương trình ( 1 - 1 ) đợc gọi là phương trình đường cong thông

số u trên bề mặt đang xét Ngược lại nếu cho u = u j với u j = const và thông số

v biến đổi thì phương trình ( 1 - 1 ) lúc này là phương trình đường cong thông

số v Trong quá trình tạo hình, mặt hông răng bánh răng côn xoắn theo

ph-Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

ương pháp bao hình, bề mặt sinh côn (bề mặt được sinh ra trong quá trình quay lưỡi cắt xung quanh trục dao) là bề mặt hai thông số u,ϑ Nếu gắn hệ tọa

độ Os vào mặt sinh (hình 1 -2a), phương trình mặt côn sinh có thể viết :

( cos ) sin [(sin ) (cos ) ]

.cos ,

.sin sin( ) sin ,

.sin cos( ) cos ,

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

phương trình biểu diễn mặt hông răng bánh dẹt sinh :

cos , sin sin( ) sin( ),

.sin cos( ) sin( ),

Ở đây ψ −góc quay của bánh dẹt sinh

Véc tơ pháp tuyến đơn vị mặt côn sinh trong hệ tọa độ Ođ được xác định theo phương trình :

(sin ) cos sin( ) os( )

er = α ir + α ⎡⎣ ϑ− +q ψ rj +c ϑ− +q ψ kr ⎤⎦ (1-6)

Khi cắt cặp bánh răng (l) và (2) xẩy ra sự không trùng bề mặt sinh, mặt bên của bánh răng (l) được hình thành trên cơ sở mặt sinh (F) và'mặt lên bánh răng (2) đợc hình thành trên cơ sở mặt sinh (P) Giả thử cắt bánh răng ( 1 ) mặt sinh (F) quay xung quanh trục Xm và Za với vận tốc góc tương ứng Ω(F))

và Ω.l trục bánh răng 1 , Za và trục bánh dẹt sinh Xm chéo nhau vì vậy trong phương trình mặt hông răng có thêm hai thông số điều chỉnh ∆E1 và lượng dọc trục ∆L1 (hình l-3a)

Sau khi biến đổi Φ.Л.Л.ИТВИН đưa ra phương trình đường ăn khớp

của mặt (F) và mặt hông răng của bánh răng ( 1 ) :

cos sin cos( ) 0

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

Ở đây i F1=Ω( )F1

Ω là tỷ Số truyền của xích bao hình tính từ bánh dẹt

sinh (F) đến phôi 1 Tương tự, xác định phương trình đường ăn khớp của

Ω là tỷ số quyền của xích bao hình tính từ bánh dẹt sinh (P) đến

phôi 2 Đặt bánh răng (I) và bánh răng (2) vào cùng hệ tọa độ, xác định vị trí,

diện tích vùng tiếp xúc lý thuyết của cặp bánh răng tương ứng với các thông

số dụng cụ cắt và thông số điều chỉnh máy Tác giả cũng chỉ ra khả năng điều

chỉnh vị trí tiếp xúc thông qua việc điều chỉnh các thông số ∆E1, ∆L1.

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

Phương pháp của Φ.Л.Л.ИТВИН không những dùng để tính toán thiết

kế bộ truyền, thông số dụng cụ và thông số điều chỉnh máy gia công cặp bánh răng côn xoắn mà phương pháp còn cho khả năng tính toán để đạt được vị trí

và diện tích vùng tiếp xúc theo yêu cầu nhờ khả năng mô phỏng quá trình ăn khớp thực Lập bài toán ngược, giải bài toán ngược cho ta các thông số dụng

cụ và thông số điều chỉnh máy

1.1.2 Phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng

Một hướng nghiên cứu khác nhằm đáp ứng nhanh chóng và thuận lợi trong quá trình thiết kế và chế tạo cặp bánh răng côn xoắn là phương pháp tính toán bộ truyền ăn khớp gần đúng Bộ truyền ăn khớp gần đúng có nhiều

ưu việt trong công nghệ và vận hành so với ăn khớp đúng, vì vậy ngay cả một

số trường hợp bộ truyền ăn khớp đúng cũng được áp dụng phương pháp này

để tính toán thiết kế Phương pháp tính toán bộ truyền gần đúng được nhiều tác giả [14, 15,18, 20] sử dụng để tính toán bộ truyền bánh răng côn xoắn B

H Кедринсҡииґ, K М.Писманиҡ đưa ra lý thuyết cắt bánh răng côn xoắn theo phương pháp tính toán gần đúng Bề mặt hông răng của bộ truyền bánh răng côn xoắn phải đạt khả năng tải cao , chạy êm, làm việc không ồn và đặc biệt về vị trí vết tiếp xúc không thay đổi cả khi bộ truyền có sự thay đổi do sai

số vị trí lắp của cặp bánh răng so với vị trì lý thuyết của nó Việc thay đổi này

có thể do sai số trong quá trình chế tạo, lắp ráp hoặc do nhiều nguyên nhân khác Để thỏa mãn các yêu cầu trên, hai ánh răng cần ăn khớp với diện tích

tiếp xúc đủ lớn và đúng Hệ số phủ dọc và hệ số phủ dọc trục εl đánh giá tỷ lệ diện tích tiếp xúc so với diện tích toàn bộ mặt răng [14, 15], vùng tiếp xúc đúng khi tải trọng phân bố có dạng líp, trục lớn của líp có chiều dài bằng 2/3 chiều rộng vành răng B, trục nhỏ của líp có kích thước bằng 2/3 chiều dài đ-

ờng ăn khớp 1 (hình 1 - 4)

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

Hình 1-4 hình dạng và kích thước vùng ăn khớp đúng

Hình dạng và kích thớc của vùng tiếp xúc trên thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của

bộ truyền bánh răng côn xoắn Để điều chỉnh diện tích, vị trí vùng tiếp xúc của hai bánh răng ăn khớp với nhau, các tác giả đã chỉ ra các thông số (∆ αn,∆β, ∆ ζ, ∆ χ ) ảnh hưởng tới quá trình tạo hình mặt hông răng vì các thông số này trực tiếp làm thay đổi vị trí và kích thước của vùng tiếp xúc Sự thay đổi này có các nguyên nhân cơ bản sau :

1) sự thay đổi vị trí tương đối giữa bánh răng được cắt trên máy so với

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

Trên cơ sở phân tích các thông số ảnh hưởng, các tác giả đã chỉ ra phương pháp hiệu chỉnh bao hình trên máy để đạt được hình dạng, kích thước,

vị trí của vùng tiếp xúc, đồng thời loại trừ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

ăn khớp đúng của bộ truyền

Ngoài ra còn nhiều tác giả khác như Widhaber , Roseaberg, Lopato và nhiều nhà khoa học Đức, Tiệp v.v đã công bố các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm cặp động học bánh răng côn xoắn cùng với việc ứng dụng trong các bộ truyền cao cấp, kết cấu dụng cụ gia công bánh ráng côn xoắn Klingelberg, Oerlincon.v.v

Để nâng cao độ chính xác, giảm thời gian chuẩn bị sản xuất đáp ứng nhanh chóng cho nhu cầu sản xuất, công nghệ CAD/CAM và mô hình hóa bánh răng được ứng dụng trong sản xuất bánh răng côn xoắn [3,4,22, 24,26] Các kết quả nghiên cứu cho thấy do đặc điểm tính phức tạp của quá trình tạo hình bánh răng côn xoắn, lực cắt, tuổi thọ của dụng cụ, nhiệt cắt trong quá trình gia công v.v Vì vậy ứng dụng CAD/CAM để gia công nó còn là vấn đề mới được nghiên cứu

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

1.2 LĨNH VỰC NGHIÊN CÚU VÀ SẢN XUẤT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN Ở VIỆT NAM

Ở nước ta, nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết ăn khớp bánh răng của các tác giả Nguyễn Đăng Thành, Nguyễn Thiện Phúc, Nguyễn Xuân Lạc,

Trình Chất, phan Văn Đồng, Nguyễn Xuân Ngọc, Các công trình đã đi sâu

vào nghiên cứu lý thuyết ăn khớp phẳng hoặc không gian theo phương pháp giải tích, hình học hoặc giễu tích bao hình, nghiên cứu sức bền của bánh răng, nâng cao chất lượng làm việc của bộ truyền và công nghệ chế tạo bánh răng ở

Việt Nam và nước ngoài

Bánh răng côn xoắn ngày càng được đặc biệt quan tâm do chúng có nhiều u việt mà các bộ truyền khác không có Lý thuyết tạo hình, công nghệ chế tạo bánh răng côn xoắn rất phức tạp đòi hỏi phải được nghiên cứu đầy đủ mới có thể đảm bảo thiết kế và chế tạo đáp ứng nhu cầu đòi hỏi ngày càng khắt khe của thực tế sản xuất Các công trình nghiên cứu của Bùi Song Cầu,

Bành Tiến Long [2] , Trần Văn Địch , gần đây tác giả Bành Tiến Long đã

ứng dụng công cụ toán tenxơ quay để nghiên cứu tạo hình các bề mặt có chuyển động quay, tịnh tiến hoặc tổng hợp giữa chúng ứng dụng ten xơ để viết phương trình bề mặt hông răng, đánh giá ảnh hưởng của các thông số máy, dao, lực cắt tới chất lượng bộ truyền bánh răng

Bánh răng côn xoắn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân nhưng chủ yếu là trong công nghiệp sản xuất ôtô, tàu hỏa, thiết bị

mỏ và các thiết bị hàng không Nếu chỉ nói đến lĩnh vục sản xuất ôtô thì nhu cầu sản xuất bánh răng côn xoắn rất lớn Khảo sát năng lực thiết bị, trình độ công nghệ sản xuất sản phẩm bánh răng côn xoắn ở khu vực phía bắc (phụ lục) cho thấy chúng ta có 8 cơ sở với 18 đầu thiết bị chủ yếu là các thiết bị gia công bánh răng côn xoắn hệ Gleason nhập từ nhiều nước như Nga, Đức Hiện nay chỉ có một vài cơ sở sản xuất còn các cơ sở khác không hoạt động Hai cơ

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

sở này sản xuất cung cấp sản phẩm cho ngành đường sắt, thiết bị mỏ và các ngành công nghiệp khác Dạng sản xuất chủ yếu ở đây đơn chiếc và loạt nhỏ phục vụ sửa chữa và thay thế Với tinh thần nhanh chóng nội địa hóa sản phẩm nói chung trong đó có sản phân ôtô nói riêng của chính phủ, đề tài nghiên cứu quá trình tạo hình bánh răng côn xoắn là cần thiết nhằm nâng cao chất lượng sản phân bánh răng phục vụ cho nhu cầu sản xuất trong nước và

đủ sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế

Từ phân tích các tài liệu tham khảo, phân tích các phương pháp nghiên cứu quá trình tạo hình có thể đa ra một số nhận xét sau :

Các nghiên cứu quá trình tạo hình mặt hông bánh răng côn xoắn, các yếu tố làm thay đổi các thông số đặc trưng của bề mặt ảnh hưởng của thông

số răng của bánh răng dẹt sinh, tất cả sự thay đổi này đều được thể hiện qua vết tiếp xúc của cặp bánh răng

Vì vậy chất lượng bộ truyền được đánh giá thông qua vị trí, diện tích của vùng tiếp xúc,

1.3 KẾT LUẬN

Trong chương náy trình báy tổng quan phương pháp nghiên cứu quá trình tạo hình bề mặt hang răng Phương pháp xác định các thông số đặc trưng

bề mặt và các yếu tố làm thay đổi mặt hang răng

1 Trình báy các nội dung có thể liên quan tới phương pháp khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số tới tạo hình bề mặt, các nguyên nhân làm thay đổi các thông số đặc trưng mặt hông răng như vị trí tương quan giữa bánh răng gia công và bánh dẹt sinh, góc côn, góc xoắn của răng bánh dẹt, sự không trùng bề mặt chia của bánh dẹt sinh và bánh răng được cắt Phương pháp khảo sát này sẽ là cơ sở để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số khác

2 Phương pháp loại trừ sai số các thông số đặc trưng Điều chỉnh vị trí, diện tích vùng tiếp xúc theo yêu cầu đặt ra cho bộ truyền

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

3 Trình báy quá trình nghiên cứu tạo hình và công nghệ sản xuất bánh răng côn xoắn trên thế giới và trong nước, nhu cầu sản xuất đối với bộ truyền bánh răng côn xoắn cho they tính cấp bánh của đề tài nghiên cứu

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

CHƯƠNG 2 TẠO HÌNH BỀ MẶT BÁNH RĂNG CÔN XOẮN HỆ

GLEASON

chương này phân tích khái quát nguyên lý tạo hình, phương trình mặt hông răng viết dới dạng giải tích và ten xơ, đưa ra sơ đồ thuật toán mô phỏng mặt hông răng bánh răng côn xoắn hệ Gleason phục vụ cho khảo sát quá trình tạo hình mặt hông răng ở chương tiếp theo

2.1 NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CÔN XOẮN

Hiện nay bánh răng côn xoắn được chế tạo theo nhiều dạng khác nhau nhưng có thể phân thành 3 dạng chủ yếu sau :

a) Bánh răng có đường răng là cung tròn (hệ Gleason)

b) Bánh răng có đường răng là đường thân khai kéo dài (hệ Klingelnberg)

c) Bánh răng có đường răng là đường cong Epicycloit kéo dài (hệ Oerlicon)

2.1.1 Nguyên lý chế tạo bánh răng Gleason

Gia công bánh răng côn xoắn hệ Gleason theo nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa bánh dẹt sinh tưởng tượng đóng vai trò là dao và bánh răng đóng vai trò là phôi (hình 2-1) [ 1 , 5 , 7 ,19] Dụng cụ cắt là dao phay mặt đầu, trên đó có

số lượng lớn lưỡi cắt Khi cắt răng trên chi tiết đầu dao thực hiện hai chuyển

động tạo hình : a) chuyển động quay quanh trục O (theo chiều S1);

b) chuyển động quay quanh trục đầu dao O f với vận tốc cắt V [m/phút]

(theo chiều S2) Chuyển động S2 là chuyển động tạo hình đơn giản tạo ra chiều dài răng Ngoài ra phôi còn chuyển động quay S2 quanh trục của nó Để tạo profin răng, bánh dẹt sinh (giá lắc lư) và phôi được cắt có mối liên hệ động học với nhau thông qua xích bao hình Nếu bánh dẹt sinh chuyển động với vận tốc góc lư) và bánh răng được cắt ωk mối quan hệ động học giữa

chúng được viết :

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

i bh = ( 1, 2)

d d k k

z k z

ω

trong đó : k - bánh răng chủ động hoặc bị động của bộ truyền; zd - số răng của bánh dẹt sinh; z k - số răng của bánh răng 1 hoặc 2 (chủ động, bị

động); i bh - tỉ số truyền chung của xích bao hình

Trong quá trình bao hình, bánh dẹt sinh thực hiện chuyển động quay

không toàn phần xung quanh trục O

Nguyên lý chế tạo bánh răng côn xoắn hệ Gleason

Sau mỗi lần gia công xong một rãnh răng, xích bao hình bị phân giải, giá lắc đảo chiều, quay về vị trí ban đầu, bánh răng được cắt thực hiện phân

độ liên tức và chuẩn bị chu kỳ gia công mới, cứ như thế cho đến khi gia công hết răng

2.1.2 Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg

Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg khác với nguyên lý chế tạo bánh răng Gleason cơ bản là sử dụng đầu dao phay lăn côn làm việc theo nguyên lý bao hình liên tục Bánh răng có chiều cao răng giống như trên toàn

bộ chiều rộng vành răng

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Viện Đào tạo SĐH

Chế tạo bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg dựa trên nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa bánh dẹt sinh tưởng tượng (giá lắc) đóng vai trò là dao

Và bánh răng đóng vai trò là phôi (hình 2-2)

Nguyên lý chế tạo bánh răng côn xoắn Klingelnberg

Để tạo hình bánh răng klingelnberg dao phay trục vít thực hiện chuyển dòng S3 quay quanh trục của nó tạo ra tốc độ cắt gọt, đầu dao thêm chuyển động phụ S1 để dao phay trục vít lãn trên mát côn bánh dẹt sinh

Bánh dẹt quay quanh trục tâm máy với chuyển động S4 Bánh răng chuyển động quanh trục của nó S2 Dới đây chỉ ra mối liên kết động học giữa các khâu Chấp hành:

1 Mối liên hệ động học giữa Dụng cụ - bánh dẹt sinh:

Nếu gọi vận tốc góc đầu dao w n , w d - Vận tốc góc của bánh dẹt sinh; k -

số đầu mối của dao phay trục vít ta có :