Nghiên cứu tạo hình bề mặt trục then hoa của trục sơ cấp xe zil 130 và thiết kế công nghệ chế tạo trục then hoa 10 then b=6

Lập bài toán tạo hình trục then hoa răng chữ nhật. Thiết kế trục sơ cấp của xe tải zil 130. Thiết kế dao phay lăn trục then hoa để tạo hình trục then hoa D10x27a12x38h7x6e8 của trục sơ cấp xe tải zil 130. Lập quy trình công nghệ chế tạo trục sơ cấp của hộp số xe tải zil 130. Kiểm tra chất lượng, vận hành, thử nghiệm sản phẩm.

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH BỀ MẶT TRỤC THEN HOA

CỦA TRỤC SƠ CẤP XE ZIL 130 VÀ THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

CHẾ TẠO TRỤC THEN HOA 10 THEN B = 6

Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy

Hà Nội, ngày 22 tháng 3 năm 2018

Học viên cao học thực hiện

Nguyễn Khắc Thiệu

Xác nhận của Giáo viên hướng dẫn

GS.TSKH Bành Tiến Long

MỤC LỤC

Trang

4 Tóm tắt luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

5 Phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 1: LẬP BÀI TOÁN TẠO HÌNH TRỤC THEN HOA RĂNG

CHỮ NHẬT

1.1 Nguyên lý tạo hình bề mặt trục then hoa theo phương pháp bao hình

1.2.Tiết diện pháp tuyến của profile chi tiết (trục then hoa)

1.3 Các phương pháp xác định profile dao phay lăn trục then hoa

1.3.1 Phương pháp đồ thị

1.3.2 Phương pháp giải tích

1.4 Kết luận

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TRỤC SƠ CẤP CỦA XE TẢI ZIL 130

2.1 Giới thiệu về xe tải Zil 130

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN TRỤC THEN HOA ĐỂ

TẠO HÌNH TRỤC THEN HOA D-10x27a12x38h7x6e8 CỦA TRỤC SƠ

3.2.1 Xác định profile dụng cụ theo cung tròn thay thế

3.2.2 Xác định profile dụng cụ theo toạ độ điểm

3.3.2 Profile mặt đầu của dao

3.4.5 Kích thước và dạng profile dao phay

3.4.6 Nhãn hiêu khắc ở đầu dao

3.5 Bản vẽ thiết kế dao phay lăn trục then hoa

3.6 Kết luận

CHƯƠNG 4: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC SƠ

CẤP CỦA HỘP SỐ XE TẢI ZIL 130

4.1 Xác định dạng sản xuất

4.2 Thiết lập bản vẽ phôi

4.3 Xác định chuẩn định vị để gia công

4.4 Lập trình tự các nguyên công

4.5 Xác định lượng dư gia công ở các bề mặt (tra bảng)

4.6 Chế độ cắt và thời gian cơ bản gia công

4.6.1 Nguyên công I: Khỏa mặt đầu, khoan tâm, tiện thô mặt ngoài

4.6.2 Nguyên công II: Khỏa mặt, tiện mặt ngoài, khoan lỗ, tiện thô

đường kính lỗ

4.6.3 Nguyên công III: Tôi cải thiện (Tôi + ram cao)

4.6.4 Nguyên công IV: Khỏa mặt, khoan tâm, tiện tinh lỗ

4.6.5 Nguyên công V: Tiện tinh mặt ngoài, tiện rãnh xoắn, tiện ren

4.6.6 Nguyên công VI: Mài tạo chuẩn

4.6.7 Nguyên công VII: Phay lăn răng

4.6.8 Nguyên công VIII: Phay lăn trục then hoa

4.6.9 Nguyên công IX: Xọc khớp gài

4.6.10 Nguyên công X: Khoan 2 lỗ dầu ở rãnh răng

4.6.11 Nguyên công XI: Khoan 2 lỗ dầu nghiêng 30º

4.6.12 Nguyên công XII: Đục đầu răng khớp gài

4.6.13 Nguyên công XI: Phay rãnh 6 lắp đệm cánh

4.6.14 Nguyên công XIV: Thấm cacbon

4.6.15 Nguyên công XIII: Mài đường kính ngoài, mài mặt đầu

4.6.16 Nguyên công XVI: Mài lỗ

4.6.17 Nguyên công XVII: Mài răng

4.6.18 Nguyên công XVIII: Kiểm tra

5.2.1 Điều kiện vận hành thử nghiệm

5.2.2 Yêu cầu cần đạt được đối với thử nghiệm

5.2.3 Kết quả đạt được và kết luận

3

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt:

- STCNCTM1: Sổ tay công nghệ chế tạo máy 1

- STCNCTM2: Sổ tay công nghệ chế tạo máy 2

- STCNCTM3: Sổ tay công nghệ chế tạo máy 3

- STCNCTM tập II, III, IV: Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập II, III, IV

+ Hình 1.2 Các kích thước cơ bản của profile răng trục then hoa

+ Hình 1.3 Nguyên lý cơ bản của phương pháp đồ thị tìm điểm tiếp xúc C

+ Hình 1.4 Xác định profile lưỡi cắt bằng phương pháp vẽ ( đồ thị)

+ Hình 1.5 Xác định profile lưỡi cắt theo phương pháp đồ thị giải tích

+ Hình 1.6 Xác định đường bao chi tiết (profile lưỡi cắt ) theo nguyên lý bao hình

- Chương 2:

+ Hình 2.1 Xe tải Zil 130

+ Hình 2.2 Kích thước xe tải Zil 130

+ Hình 2.3 Hộp số xe tải Zil 130

+ Hình 2.4 Hình chiếu trục đo hộp số xe Zil 130

+ Hình 2.5 Hoạt động của hộp số xe tải Zil 130

+ Hình 2.6 Cơ cấu sang số của hộp số xe Zil 130

+ Hình 2.7 Trục sơ cấp (trục chủ động) hộp số của xe tải Zil 130

- Chương 3:

+ Hình 3.1 Profile chi tiết (trục then hoa)

+ Hình 3.2 Xác định profile chi tiết theo phương pháp đồ thị giải tích

+ Hình 3.3 Profile dao phay lăn trục then hoa

+ Hình 3.4 Profile pháp tuyến răng dao

+ Hình 3.5 Sơ đồ xác định bước, chiều dày, chiều rộng rãnh răng ở tiết diện pháp tuyến + Hình 3.6 Kích thước lỗ, then dao phay lăn then hoa

+ Hình 3.7 Bản vẽ thiết kế dao phay lăn trục then hoa

ĐHBKHN-D-10x27x38x6 80 27 3º 4168 12 P18

- Chương 4:

+ Hình 4.1 Bản vẽ lồng phôi trục sơ cấp (trục chủ động) của hộp số xe tải Zil 130

+ Hình 4.2 Sơ đồ gá đặt nguyên công I

+ Hình 4.3 Sơ đồ gá đặt nguyên công II

+ Hình 4.4 Giản đồ quy trình tôi cải thiện

+ Hình 4.5 Sơ đồ gá đặt nguyên công IV

+ Hình 4.6 Sơ đồ gá đặt nguyên công V

+ Hình 4.7 Sơ đồ gá đặt nguyên công VI

+ Hình 4.8 Sơ đồ gá đặt nguyên công VII

+ Hình 4.9 Sơ đồ gá đặt nguyên công VIII

+ Hình 4.10 Sơ đồ gá đặt nguyên công IX

+ Hình 4.11 Sơ đồ gá đặt nguyên công X

+ Hình 4.12 Sơ đồ gá đặt nguyên công XI

4

+ Hình 4.13 Sơ đồ gá đặt nguyên công XII

+ Hình 4.14 Sơ đồ gá đặt nguyên công XIII

+ Hình 4.15 Giản đồ quy trình thấm cacbon

+ Hình 4.16 Sơ đồ gá đặt nguyên công XV

+ Hình 4.17 Sơ đồ gá đặt nguyên công XVI

+ Hình 4.18 Sơ đồ gá đặt nguyên công XVII

+ Hình 4.19 Sơ đồ gá đặt bước kiểm tra tổng hợp: độ đảo các cổ trục, độ đảo vành răng, góc nghiêng trên máy kiểm tra răng tổng hợp

- Chương 5:

+ Hình 5.1 Sản phẩm trục sơ cấp (trục chủ động) của hộp số xe tải Zil 130 do Công ty TNHH MTV Cơ khí Z179 sản xuất

+ Hình 5.2 Kiểm tra độ đảo vành răng trên máy kiểm tra răng tổng hợp

+ Hình 5.3 Kiểm tra góc nghiêng răng trên máy kiểm tra răng tổng hợp

+ Hình 5.4 Kiểm tra độ đảo đường kính ngoài trên máy kiểm tra tổng hợp

xe này hiện nay đã bị xuống cấp và hư hỏng nhiều Để tiết kiệm chi phí, tránh mua sắm thiết bị mới thay thế, Bộ Quốc phòng đã có chủ trương bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế phụ tùng hỏng hóc của các loại xe này

Công ty TNHH MTV Cơ khí Z179 được thành lập với chức năng sản xuất phụ tùng hộp số xe quân sự và sản xuất hàng cơ khí phục vụ nền kinh tế quốc dân Hàng năm đơn vị được cục Xe – Máy, thuộc Tổng cục Kỹ thuật, Bộ Quốc phòng đặt các đơn hàng sản xuất phụ tùng xe quân sự, nhằm mục đích cung cấp nguồn vật tư phục vụ công tác thay thế, sửa chữa Trong đó có Trục sơ cấp ( Trục chủ động ) của hộp số xe tải Zil

130, được đặt hàng với số lượng khoảng 300 chiếc/năm Sản phẩm này được thiết kế bằng vật liệu sẵn có trên thị trường, công nghệ sản suất phù hợp với trình độ chuyên môn của cán bộ công nhân viên, khả năng của thiết bị của đơn vị, đơn giá tốt, sản lượng hàng năm ổn định, Do vậy việc sản xuất trục sơ cấp của hộp số xe tải Zil 130 luôn được ban lãnh đạo công ty chú trọng Trục sơ cấp có phần then hoa có chiều cao then tương đối lớn so với thông thường, điều đó đặt ra yêu cầu là cần phải nghiên cứu công nghệ để tạo hình nó thay cho việc mua sẵn trên thị trường các dao phay phay then hoa tiêu chuẩn có chiều cao then bé Vì vậy đề tài luận văn thạc sĩ với tên: “ Nghiên cứu tạo hình bề mặt trục then hoa của trục sơ cấp xe Zil 130 và thiết kế công nghệ chế tạo trục then hoa 10 then B = 6” là cấp thiết đối với đơn vị, tạo tiền đề để đơn vị sản xuất những sản phẩm khác có phần then hoa có chiều cao then sâu tương tự

2 Lịch sử nghiên cứu

Để gia công trục then hoa có chiều cao then lớn như phần then hoa của xe tải Zil

130, không sử dụng được dao phay lăn trục then hoa bán sẵn trên thị trường được, trước đây đơn vị thường sử dụng các loại dao phay đơn để phay chép hình rãnh then, hoặc phay từng cạnh bên then và chân then riêng, sau đó phay lại chân then lần cuối Hoặc có thể phay thô then, sau đó mài từng cạnh bên và đường kính chân trên máy mài then chuyên dùng Còn đối với then ( có chiều cao then lớn) thông suốt của các bạc thì có thể cắt dây biên dạng then hoa

3 Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận văn

3.1 Mục đích nghiên cứu

- Lập được bài toán tạo hình trục then hoa

- Thiết kế được trục then hoa có phần then hoa của xe Zil 130 ( trục sơ cấp của xe Zil 130)

- Lập được quy trình công nghệ chế tạo trục then hoa B = 6 của xe tải Zil 130

- Chế tạo được 1 trục then hoa có 10 then B = 6

6

- Kiểm tra chất lượng trục then hoa

- Vận hành, thử nghiệm

3.2 Đối tượng nghiên cứu

Công nghệ tạo hình bề mặt trục then hoa

3.3 Phạm vi nghiên cứu

- Sản phẩm: Trục then hoa có 10 then B = 6 ( trục sơ cấp hộp số xe tải Zil 130)

- Không gian: sản xuất tại công ty TNHH MTV Cơ khí Z179

- Thời gian: 2 năm gần đây: 2017, 2018

4 Tóm tắt luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả

Thiết lập bài toán tạo hình bề mặt trục then hoa để áp dụng tạo hình bề mặt trục then hoa có chiều cao then sâu hơn thường, điển hình như trục sơ cấp của hộp số xe tải Zil 130 và sản phẩm tương tự

5 Phương pháp nghiên cứu

Dựa trên cơ sở lý thuyết công nghệ tạo hình trục then hoa, tính toán áp dụng vào một trục then hoa cụ thể là trục sơ cấp của hộp số xe tải Zil 130, lập quy trình công nghệ chế tạo, chế tạo, kiểm tra chất lượng, so sánh chất lượng với mẫu nước ngoài

Hà Nội, Ngày 22 tháng 3 năm 2018

Học viên cao học thực hiện

Nguyễn Khắc Thiệu

7

CHƯƠNG 1: LẬP BÀI TOÁN TẠO HÌNH TRỤC THEN HOA RĂNG CHỮ NHẬT

1.1 Nguyên lý tạo hình bề mặt trục then hoa theo phương pháp bao hình:

Trục then hoa (răng chữ nhật ) có profile răng không thân khai có khả năng gia công được bằng phương pháp bao hình có tâm tích Profile chi tiết được gia công dựa vào nguyên lý bao hình giữa profile dụng cụ và chi tiết khi chuyển động lăn không trượt của 2 đường tâm tích (đường lăn) của chi tiết và dụng cụ

Dao phay lăn trục then hoa là một dụng cụ để gia công trục then hoa theo nguyên

lý đó Profile lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa được tính toán như là profile thanh răng ăn khớp với trục then hoa Khi trục then hoa quay quanh tâm của nó thì thanh răng chuyển động tịnh tiến với điều kiện lăn không trượt của vòng tròn tâm tích chi tiết lên đường thẳng tâm tích (lăn) của thanh răng Khi thanh răng chuyển động 1 bước trên đường thẳng tâm tích, nghĩa là dao quay được 1 vòng quanh trục của nó thì phôi (trục then hoa) phải quay được 1 bước trên vòng tròn tâm tích Quan hệ chuyển động đó được máy phay lăn đảm bảo nhờ xích tạo hình

Đối với dao phay lăn trục then hoa, profile trong tiết diện pháp tuyến chính là profile thanh răng khởi thủy với trục then hoa Do đó theo nguyên lý bao hình, đó là đường bao của họ profile chi tiết (trục then hoa) trong quá trình chuyển động tạo hình Profile chi tiết ( cạnh bên của trục then hoa) là đường bao của họ profile lưỡi cắt khi cắt (chuyển động tạo hình)

Hình 1.1 Nguyên lý bao hình để tạo hình trục then hoa (dao phay lăn trục then hoa ăn khớp với trục then hoa)

1.2 Tiết diện pháp tuyến của profile chi tiết (trục then hoa):

Để thiết kế được profile lưỡi cắt dao phay lăn răng trục then hoa, là xác định

profile thanh răng ăn khớp với trục then hoa, trước hết cần xác định profile chi tiết trong tiết diện pháp tuyến với trục then hoa

Các kích thước trục then hoa để thiết kế profile lưỡi cắt (thanh răng khởi thủy) dao phay lăn răng trục then hoa:

8

Hình 1.2 Các kích thước cơ bản của profile răng trục then hoa

- Đường kính ngoài của trục then hoa: De = 2 Re

- Đường kính ngoài tính toán: Det = Demax

- Đường kính chân răng: Di = 2 Ri

- Đường kính chân răng tính toán: Dit = Dimin + 0,25∆Di

- Chiều rộng then B = 2e = 2 Ro

- Số then Zc

- Chiều rộng then tính toán: Bt = Bmin + 0,25∆B

- Góc profile γ

- Độ lệch e = Re.sin γe = Ri.sin γi = r.sin γ

γe, γi : Góc profile tại điểm ngoài cùng ( đỉnh răng ) E và tại điểm chân răng I

γ : Góc profile tại điểm P (tương ứng với điểm trên vòng tròn tâm tích )

- Bước pháp tuyến theo vòng tròn tâm tích: tc = 2πr/Zc

- Chiều cao chân răng : h’’1 = r – Ri

- Chiều cao đầu răng: h’1 = Re – r

- Chiều dày răng trên cung vòng tròn tâm tích: Sc1 = 2r.γ

- Chiều rộng rãnh theo cung vòng tròn tâm tích Sr1 = 2πr/Zc – 2r.γ

1.3 Các phương pháp xác định profile dao phay lăn trục then hoa:

Theo nguyên lý bao hình, profile lưỡi cắt dao phay lăn răng (thanh răng khởi thủy dụng cụ) là profile tiết diện pháp tuyến của chi tiết Có 2 phương pháp thường dùng để thiết kế profile dao phay lăn trục then hoa

- Phương pháp đồ thị (vẽ), giúp hình dung được quá trình cắt và nhanh chóng vẽ được profile lưỡi cắt, độ chính xác không cao

- Phương pháp giải tích tính toán cho độ chính xác cao, chậm

1.3.1 Phương pháp đồ thị:

Cơ sở dựa trên nguyên lý thiết kế: Chi tiết quay và dụng cụ tịnh tiến với điều kiện

2 đường tâm tích lăn không trượt lên nhau Trong quá trình chuyển động của chi tiết và dao, tìm điểm tiếp xúc của lưỡi cắt và chi tiết Theo nguyên lý bao hình tại điểm tiếp xúc

C của 2 profile có tiếp tuyến chung và pháp tuyến chung Pháp tuyến chung phải đi qua tâm quay tức thời P Tâm quay tức thời tại các thời điểm là điểm tiếp xúc của 2 đường tâm tích (vòng tròn r của chi tiết và đường thẳng D của thanh răng dụng cụ) P được gọi

là cực tạo hình

9

Hình 1.3 Nguyên lý cơ bản của phương pháp đồ thị tìm điểm tiếp xúc C

Vẽ profile chi tiết ở các vị trí khác nhau trong quá trình chuyển động ứng với các góc quay tương ứng φ1 , φ2, φ3, chi tiết có các vị trí tương ứng d1, d2, d3, tiếp tuyến với vòng tròn bán kính e Vì profile chi tiết là đường tiếp tuyến với vòng tròn bán kính

e Tìm điểm tiếp xúc C của profile chi tiết và lưỡi cắt dao bằng cách hạ từ P đường vuông góc với profile chi tiết pháp tuyến PC chính là pháp tuyến chung tại điểm C, phải

đi qua tâm quay tức thời P Điểm C là điểm lưỡi cắt, đồng thời là điểm profile chi tiết tại thời điểm φi Điểm Ci là điểm tạo hình Tập hợp tất cả các điểm Ci ở các thời điểm khác nhau ứng với vị trị khác nhau của profile chi tiết trong quá trình chuyển động ta được đường cong, là đường tạo hình (ăn khớp) Profile lưỡi cắt và chi tiết tiếp xúc với nhau trong quá trình chuyển động tại các điểm trên đường tạo hình Để xác định profile lưỡi cắt thì điểm tiếp xúc Ci được lùi lại 1 đoạn bằng cung Pdi được các điểm ai Đó là điểm profile lưỡi cắt Vì so với vị trí ban đầu, điểm của lưỡi cắt tại Ci đã chuyển động tịnh tiến 1 đoạn Pei=Pdi Nối các điểm ai được profile lưỡi cắt

10

b) Hình 1.4 Xác định profile lưỡi cắt bằng phương pháp vẽ ( đồ thị)

a) Tạo hình phần cạnh bên then b) Tạo hình phần chân then

1.3.2 Phương pháp giải tích:

Có 2 phương pháp giải tích:

- Theo đồ thị giải tích – theo nguyên lý ăn khớp

- Theo nguyên lý bao hình

a Xác định profile lưỡi cắt theo đồ thị giải tích theo nguyên lý ăn khớp

- Tại thời điểm ban đầu, profile chi tiết và dao tiếp xúc với nhau tại cực tạo hình P Vòng tròn tâm tích chi tiết C tiếp xúc với đường thẳng tâm tích D của dao tại P Đặt 3 hệ trục sau trùng nhau:

- O1x1y1 gắn với chi tiết, chuyển động cùng chi tiết

- Oxy gắn với dao, chuyển động cùng dao

- PXoYo: hệ trục cố định

Cho chi tiết quay, tại thời điểm bất kỳ φi, chi tiết ở vị trí i, xác định điểm tiếp xúc

Ci của dụng cụ và chi tiết Viết tọa độ điểm Ci trong hệ trục gắn liền với dụng cụ : đó chính là phương trình của profile lưỡi cắt Viết tọa độ điểm Ci trong hệ trục tọa độ gắn liền với chi tiết: đó chính là phương trình của profile chi tiết Viết tọa độ điểm Ci trong

hệ trục tọa độ cố định: đó chính là phương trình đường tạo hình

Hình 1.5 Xác định profile lưỡi cắt theo phương pháp đồ thị giải tích

a.1 Phương trình đường tạo hình G:

11

Tọa độ điểm Ci trong hệ tọa độ PXoYo:

xo = PCi.cos( + =) PD DCi−

xo = [r sin( + −) r sin ].cos(  + )

xo = r[sin( + −) sin ].cos(  + )

yo = (PD DCi− ).sin( + )

yo = [r sin( + −) r sin ].sin(  + )

yo = r [sin( + −) sin ].sin(  + )

Đặt yo =   + = ta có phương trình đường tạo hình:

xo r[sin sin ].cos

o r.[sin sin ].sin

a.2 Phương trình profile lưỡi cắt:

Khi chi tiết quay 1 góc φi thì dụng cụ tịnh tiến 1 đoạn PO=r i.

[sin( ) sin ].cos( )

Phương trình profile lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa:

[ (sin sin ).cos ]

(sin sin ).sin }

b Xác định profile lưỡi cắt theo nguyên lý bao hình:

Lấy P là gốc tọa độ Tại thời điểm ban đầu chi tiết và dụng cụ tiếp xúc với nhau tại điểm P Đặt hệ trục O1x1y1 gắn với chi tiết, hệ Oxy gắn với dụng cụ O1, y1 đi qua tâm

Oc của chi tiết

Dụng cụ và chi tiết chuyển động tương đối với nhau ( chuyển động tạo hình ), tham số chuyển động là φ Nếu cố định dụng cụ thì chi tiết sẽ chuyển động quay với góc quay φ và chuyển động tịnh tiến với độ dài là r.φ Vì vòng tròn tâm tích bán kính r lăn không trượt trên đường thẳng tâm tích D Kết quả là profile chi tiết có các vị trí khác nhau và tạo ra 1 họ profile chi tiết trong hệ trục của dụng cụ xOy với tham số của họ là

φ Lưỡi cắt của dụng cụ phải tiếp xúc với chi tiết ở các vị trí khác nhau, nghĩa là phải tiếp xúc với họ profile chi tiết

Đường cong tiếp xúc với họ đường là đường bao của họ đường đó Vì vậy tìm profile lưỡi cắt là tìm đường bao của họ profile chi tiết trong chuyển động tạo hình Trên

cơ sở đó profile dao phay lăn trục then hoa được xác định:

- Phương trình của profile chi tiết trong hệ trục gắn liền với chi tiết O1x1y1 là:

y1 = f(x1) (1.1)

- Hệ Oxy gắn liền với dụng cụ

- Cho chi tiết chuyển động tương đối với dụng cụ (quay và tịnh tiến) với tham số chuyển động là φ

Với mỗi giá trị φ chi tiết có vị trí xác định, thực hiện chuyển trục từ hệ x1Oy1 gắn với chi tiết sang hệ Oxy gắn với dụng cụ, phương trình profile chi tiết được viết:

x1 = f1(x,y,φ) (1.2)

y1 = f2(x,y,φ)

Phương trình (1.4) là phương trình của họ profile lưỡi cắt dao

Tính toán cụ thể với dao phay lăn trục then hoa:

Hình 1.6 Xác định đường bao chi tiết (profile lưỡi cắt ) theo nguyên lý bao hình Phương trình của profile chi tiết (mặt bên trục then hoa) viết trong hệ O1x1y1: y1 = x1.cotgγ

Khi chi tiết chuyển động tương đối so với dụng cụ, tọa độ O1 của hệ O1x1y1 gắn liền với chi tiết trong hệ Oxy được xác định như sau:

Trong chương I, trình bày về lập bài toán tạo hình trục then hoa răng chữ nhật

Cụ thể là tạo hình theo nguyên lý tạo hình sử dụng phương pháp bao hình có tâm tích: Profile chi tiết (cạnh bên của trục then hoa) là đường bao của họ profile lưỡi cắt của dao phay lăn trục then hoa khi cắt (chuyển động tạo hình) Và chuyển động ăn khớp giữa profile trục then hoa và profile dao phay lăn trục then hoa

Từ đó dẫn tới việc phải tính các thông số trong tiết diện pháp tuyến của trục then hoa, Tính toán xác định profile dao phay lăn trục then hoa

Có 2 phương pháp thường dùng để tính toán, thiết kế profile dao phay lăn trục then hoa:

- Phương pháp đồ thị (vẽ), giúp hình dung được quá trình cắt và nhanh chóng vẽ được profile lưỡi cắt, độ chính xác không cao

- Phương pháp giải tích tính toán cho độ chính xác cao, chậm

Trong phương pháp giải tích: có 2 phương pháp:

- Theo đồ thị giải tích – theo nguyên lý ăn khớp

- Theo nguyên lý bao hình

14

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TRỤC SƠ CẤP CỦA XE TẢI ZIL 130

2.1 Giới thiệu về xe tải Zil 130:

Xe tải Zil 130 là xe ô tô tải hạng nhẹ do Liên Xô sản xuất ở Maxcơva từ những năm 1956 Thông số xe:

- Xe có 1 cầu chủ động

- Động cơ xăng 6.0 lít, cấu hình 4x2 (V8)

- Hộp số 6 số:1,2,3,4,5, số lùi, công suất 150 mã lực, trọng tải 4,3 tấn, kéo tối đa 6,4 tấn

Hộp số này có 5 số tiến 1, 2, 3, 4, 5 và 1 số lùi Hộp số có 2 bộ đồng tốc để gài số 2

và số 3, số 4 và số 5

2.2.2 Cấu tạo chung:

Hộp số có phần vỏ hộp, nắp hộp, các bộ truyền động: trục sơ cấp (trục chủ động), trục trung gian, trục thứ cấp (trục bị động), các bánh răng: số 1, số 2, số 3, số 4 trên trục thứ cấp; bánh răng thường tiếp, bánh răng số 2, số 3, số 4 trên trục trung gian; 2 bộ đồng tốc gài số 2 và 3, số 4 và 5; cơ cấu sang số gồm cần gạt số và các trục gạt,

Ngoài bánh răng số 1, còn các bánh răng của trục sơ cấp (trục chủ động), trục trung gian và trục thứ cấp (trục bị động) luôn ăn khớp với nhau, răng của các bánh răng, trục răng đó là răng nghiêng Ngoài bánh răng số 1 liền với trục sơ cấp, còn tất cả các bánh răng trên trục trung gian đều riêng biệt, dùng mối ghép để lắp với trục Phía trên hộp số lắp cơ cấu sang số và đậy kín bằng nắp hộp số

Hai cửa nhỏ dùng để lắp ghép cơ cấu phụ cho ô tô như hộp trích công suất để kéo, nhả tời khi cần

2.2.3 Nguyên lý hoạt động hộp số:

16

Hình 2.3 Hộp số xe tải Zil 130

Hình 2.4 Hình chiếu trục đo hộp số xe Zil 130

Số 1: Đẩy tay số, làm bánh răng số 1 của trục bị động di chuyển về phía trước

Số 2: Đẩy tay số, làm cho bộ đồng tốc số 2 và số 3 di chuyển về phía sau, các răng trong bộ đồng tốc ăn khớp với vành răng trên bánh răng số 2 và cố định các bánh răng

đó trên trục bị động

17

Số 3: Đẩy tay số, làm cho bộ đồng tốc di chuyển về phía trước Các răng trong của

bộ đồng tốc ăn khớp với vành răng của bánh răng số 3 trục bị động

Số 4: Đẩy tay số, làm cho bộ đồng tốc của số 4 và số 5 di chuyển về phía sau Các răng của bộ đồng tốc ăn khớp với vành răng của bánh răng số 4 trục bị động

Số 5: Đẩy tay số, làm cho bộ đồng tốc số 4 và số 5 di chuyển về phía trước Các răng ngoài của bộ đồng tốc ăn khớp với những răng trong của trục chủ động (trục sơ cấp), trục chủ động và trục bị động nối tiếp với nhau (số trực tiếp) Khi đó trục trung gian không tham gia vào việc truyền mô men xoắn

Số lùi: Đẩy tay số, làm cho bánh răng số 1 trục bị động (trục thứ cấp) di chuyển về phía sau cho đến khi ăn khớp với bánh răng số lùi Mô men xoắn từ trục trung gian truyền cho trục bị động qua bánh răng phụ Do đó trục bị động sẽ quay ngược chiều làm

xe chuyển động lùi

Hình 2.5 Hoạt động của hộp số xe tải Zil 130 a) Số 1 b) Số 2 c) Số 3 d) Số 4 e) Số 5 f) Số lùi

Việc di động các bánh răng của hộp số khi gài số hoặc nhả số là nhờ cơ cấu sang

số Cơ cấu sang số gồm cần số, ống trượt, càng sang số, lò xo định vị, chốt hãm ( để tránh xoay khi sang số ), khóa bảo hiểm số lùi Cần số lắp ở nắp hộp số Ở nắp hộp số có

18

khoan các lỗ để lắp ống trượt, trên ống trượt lắp càng sang số và đầu gạt số Đầu dưới cần số cắm vào lỗ khuyết ở đầu gạt số Càng sang số có thể di động trong rãnh lõm của các bánh răng di động và bộ đồng tốc

Hình 2.6 Cơ cấu sang số của hộp số xe Zil 130 Muốn sang số, ta đẩy cần số vào vị trí nhất định, đầu cuối dưới cần số qua đầu gạt

di chuyển ống trượt cùng với càng sang số và bánh răng gài vào số cần thiết Để giữ nguyên các bánh răng của hộp số đúng vị trí gài số thì ở cần số có lắp khóa hãm

Khóa hãm gồm có hòn bi, lò xo ở trong rãnh ở nắp hộp số Trên con trượt có nhiều

lỗ khuyết, số lượng lỗ khuyết tương ứng với số lượng số cần gài bởi ống trượt và có 1 rãnh dành cho vị trí trung gian

Ở vị trí gài số, dưới tác động của lò xo, hòn bi di chuyển vào chỗ lõm và hãm ống trượt ở vị trí nhất định Để di chuyển ống trượt khi sang số cần phải có lực đủ để kéo hòn bi ra khỏi chỗ lõm

Trong khi sang số, đầu dưới cần số có thể lắp vào chỗ nối của 2 đầu gạt số, di chuyển hai ống trượt cùng 1 lúc, như vậy sẽ gài 2 số 1 lúc Để ngăn ngừa việc gài 2 số 1 lúc có thể làm gẫy răng, người ta lắp các chốt hãm vào trong rãnh ở giữa các ống trượt Các ống trượt có khoan các chỗ lõm đối diện với rãnh của chốt hãm khi chúng ở vị trí tương ứng với vị trí trung gian Chiều dài thân khóa hãm, tổng số đường kính của 2 hòn

bi bằng khoảng cách giữa các ống trượt công với 1 chỗ lõm Việc di chuyển 1 trong các ống trượt không thể thực hiện chừng nào 1 phần hòn bi hay đầu cuối của thân khóa hãm chưa nằm gọn vào lỗ lõm của ống trượt bên cạnh và chưa được hãm lại

19

Để ngăn ngừa tình trạng vào nhầm số lùi khi đang đi số tiến, ở cần số có lắp bảo

hiểm số lùi Khóa bảo hiểm gồm có pittong với lò xo lắp ở đầu gạt số Khi muốn sang số lùi, ta cần phải dùng lực lớn để đẩy cần số

2.3 Thiết kế trục sơ cấp (trục chủ động) của hộp số xe tải Zil 130:

Là trục đầu vào của hộp số, dẫn chuyển động từ động cơ đến hộp số

Cấu tạo gồm có các phần chính:

- Phần cổ trục Ø25 và Ø60 lắp vòng bi cầu

- Phần lỗ Ø44 lắp vòng bi đũa

- Phần then hoa D-10x27a12x38h7x6e8 để truyền động

- Phần răng ngoài Z20 m3,5 nghiêng trái β 25º góc ăn khớp α20º

- Phần khớp gài răng trong m3,25 Z18 góc ăn khớp α30º có đục đầu răng để dễ

dàng ra, vào khi ăn khớp

- Phần ren M56x1,5 có rãnh 6 lắp đai ốc hãm chặn dọc trục vòng bi cầu

- Phần cổ trục Ø38 lắp vào lỗ bích, có rãnh dầu sâu 1, rộng 2, bước 4

Theo bản vẽ thiết kế của Nga, mẫu của trục sơ cấp, nhà máy Cơ khí Z179 đã thiết

kế ra bản vẽ thiết kế Trục sơ cấp (trục chủ động) hộp số xe tải Zil 130 như sau:

20

Hình 2.7 Trục sơ cấp (trục chủ động) hộp số của xe tải Zil 130

- Tính khối lượng trục sơ cấp hộp số xe tải Zil 130:

G = 7,852.V = 7,852.S.h

Với số liệu từ bản vẽ trục sơ cấp, thay vào công thức ta được kết quả: G ≈ 3,6 kg

2.4 Kết luận:

Trong chương II, trình bày về thiết kế trục sơ cấp của xe tải Zil 130

Trong đó giới thiệu chung về xe tải Zil 130, về hộp số xe tải Zil 130 là cơ cấu trong hệ thống truyền lực, dùng để thay đổi mô men xoắn truyền từ động cơ đến bộ vi sai cầu sau thông qua bộ các đăng Bộ vi sai cầu sau hoạt động sẽ truyền chuyển động tới các bánh xe chủ động (ở cầu sau) thông qua các bán trục Hộp số có 5 số tiến 1, 2, 3,

4, 5, 1 số lùi, 1 số Mo (0) khi muốn ngắt chuyển động từ động cơ

Cấu tạo của hộp số:

- Phần vỏ hộp, nắp hộp để che phủ các chi tiết truyền động, tạo các gối trục lắp vòng bi, chứa dầu bôi trơn

Phân tích tính năng của trục sơ cấp (trục chủ động) là trục đầu vào của hộp số, dẫn chuyển động từ động cơ đến hộp số Nêu chức năng các phần của trục sơ cấp, vật liệu như thành phần hóa học, cơ tính Từ đó thiết kế bản vẽ trục sơ cấp (trục chủ động) của hộp số xe tải Zil 130

Các số liệu về trục then hoa :

Hình 3.1 Profile chi tiết (trục then hoa)

Ký hiệu then hoa: D-10x27a12x38h7x6e8 ( D-10x27 0,3000,510

−

−

x38-0,025x

0,020 0,038

6

−

−

) Then hoa chữ nhật định vị theo đường kính ngoài D và chiều rộng then B, then hoa

nghĩa cộng với sai lệch giới hạn trên

Di min : đường kính trong của trục then hoa kể cả sai lệch giới hạn dưới

ΔDi : dung sai đường kính trong của trục then hoa, ΔDi = 0,21 mm

3.2.1 Xác định profile dụng cụ theo cung tròn thay thế:

a Điều kiện thay thế:

Bằng giải tích, profile dụng cụ tìm được chính xác, nó có dạng đường cong phức tạp Trong điều kiện có thể, đường cong này được thay bằng một cung tròn, gọi là cung tròn thay thế

Đối với trục then hoa thoã mãn điều kiện : h1 ≤ 0,2R thì có thể thay thế được

Ở đây:

h1 : chiều cao dao

Do trục then hoa được định tâm theo đường kính ngoài nên h1 được tính :

24

3.2.2 Xác định profile dụng cụ theo toạ độ điểm:

Hình 3.2 Xác định profile chi tiết theo phương pháp đồ thị giải tích

Xác định phương trình profile dụng cụ, ta gắn hệ tọa độ động Oxy vào dao, sao cho trục Ox trùng với tâm tích dụng cụ Trục Oy vuông góc với Ox Tại thời điểm xuất phát, gốc O trùng với cực tạo hình P ( tiếp đểm của tâm tích chi tiết và dụng cụ ), điểm

Po trên tâm tích chi tiết cũng trùng với cực P Sau khi chi tiết quay 1 góc φ nào đó ( theo chiều quay n ) thì dụng cụ cũng tịnh tiến ( tức hệ Oxy tịnh tiến ) 1 đoạn tương ứng R.φ ( theo chiều tịnh tiến S ) Ở thời điểm này, dụng cụ sẽ tạo biên dạng chi tiết ở điểm c ( c

là chân đường vuông góc hạ từ cực tạo hình P xuống profile chi tiết ) Lập phương trình các điểm tạo hình c trong hệ tọa độ động sẽ cho ta phương trình profile của dụng cụ

Để tiện xác định tọa độ điểm C, ta nối OcPo, hạ đường vuông góc từ Oc xuống đường HC Ta có OcH⊥PH

Do đó phương trình các điểm tạo hình C:

xc = R – PC cos α

yc = PC.sinα

hay xc = R φ – ( PH - HC).cos α = R φ – R(sin α – sinθ)cos α

yc = R(sin α – sin θ)sin α

R: Bán kính tâm tích chi tiết, R = 18,32 mm

Khi cho φ biến thiên từ φmin đến φmax , ta sẽ tính được các toạ đọ x, y của profile dụng cụ

Đối với dao phay để phay truc then hoa định tâm theo đường kính ngoài (dao phay không có gờ), góc φmax xác định theo công thức :

 + −

Thay θ = 9,38º ; R = 18,32 mm; Ri = 13,27 mm → φmax = 28,41º = 28º24’36’’ Trong trường hợp này, profile của then được gia công thẳng từ Re đến Ret (bán kính chuyển tiếp), với :

Số điểm được tính là : n = h1/Δh = 5,05/1 = 5,05

Trong đó :

Δh : khoảng cách giữa các điểm

h1 : chiều cao profile dụng cụ ( đã tính ở trên)

Tuy nhiên, để tăng độ chính xác cho profile dụng cụ ta chọn n = 5

Sau khi xác định số điểm cần tính, ta xác định gia số góc quay Δφ như sau :

Δφ = max

n

 = 28,41/5 = 5,68º = 5º40’48’’

Thay các giá trị đã biết vào hệ phương trình profile dụng cụ, ta được:

2 = 2 .18,3210



= 11,51 mm

Zc : số then của trục then hoa, Zc = 10

b) Chiều dày răng dao S p (đo trên tâm tích dụng cụ) :

Sp bằng chiều rộng cung rãnh răng trên bán kính tâm tích chi tiết R :

27

Sp = tc – Sc = 2

c

R R Z

ở đây : Sc : chiều dài cung trên bán kính tâm tích chi tiết của then: Sc=.R=2  R

với β : góc ở tâm chi tiết chắn cung chiều dày then ( β = 2θ )

c) Chiều rộng rãnh răng W p :

Wp = tp – Sp = 11,51 – 5,51 = 6 mm

Hình 3.5 Sơ đồ xác định bước, chiều dày, chiều rộng rãnh răng ở tiết diện pháp tuyến

d) Chân răng :

Chân răng có cạnh vát εv = 450 để cắt đỉnh then

Các kích thước chân răng bao gồm:

- Chiều sâu cạnh vát: hv = 2f = 2.0,5 = 1 mm, ( f: là cạnh vát ở đỉnh then )

- Chiều sâu rãnh thoát đá: u = K + (12) = 4 5 mm Chọn u = 4 mm

với K: lượng hớt lưng, K = . .55 10

12

o e

h1 : chiều cao đầu dao, h1 = 5,05 mm

h2 : chiều cao chân dao, h2 = hv + he = 1 + 0 = 1 mm

Trên chiều cao profile dao h, người ta tiến hành hớt lưng mặt sau để tạo góc sau

f) Chiều cao răng dao H:

Đường kính ngoài De của dao cần xác định sao cho dao đủ bền, đủ độ cứng vững

và đảm bảo độ chính xác yêu cầu Thông thường, đường kính ngoài De xác định theo độ lớn của bước pháp tuyến tp và chiều sâu của rãnh thoát phoi Hr :

H: chiều cao răng, H = 10,05 mm

29

K, K1 : lượng hớt lưng lần thứ nhất và lần thứ hai, được thiết kế đảm bảo đủ góc sau, đủ chỗ thoát đá K = 3 mm, K1 = 4,5 mm

r: bán kính lượn ở đáy rãnh thoát phoi, r = (1  4) mm Chọn r = 1 mm

p: chiều dày vành dao, thường lấy p = 0,3d0 = 0,3.27 = 8,1 (mm) để dao đủ bền

d0 : đường kính lỗ gá, được thiết kế sao cho dao gá cứng vững, trục gá dao không

bị võng khi gia công Tra bảng 9 (Liên Xô 8027-87) ta có : d0 = 27 mm

t1: kích thước chiều sâu then, tra bảng 5.4[1] ta có: t1 = 29,4 mm, bề rộng then B =

p

t



tp: bước pháp tuyến của dao

τ: góc nâng của đường vít trên đường kính trung bình tính toán Dtb

để đảm bảo độ chính xác của chi tiết và tuổi thọ của dao cao, Dtb được tính :

Dtb = De – 2h1 – σ.K = 80 – 2.5,05– 0,125.3 = 69,525 mm

De : đường kính ngoài của dao, ta có : De = 80 mm

h1 : chiều cao đầu dao, h1 = 5,05 mm

b) Chiều dài dao L:

Chiều dài chung của dao L thường lấy :

L = 3.tp + (6 7) = 3.11,51 + (6 7) = 40,53 41,53 mm Chọn L = 41 mm

c) Chiều dài gờ Lg:

3.4.3 Dung sai và sai lệch giới hạn:

Chọn cấp A: Để gia công tinh

Độ chính xác của dao được kiểm tra theo các yếu tố kết cấu của dao và theo mẫu ( trục then hoa ) được cắt bằng dao phay

Độ không chính xác của các yếu tố kết cấu của dao cấp chính xác A không vượt quá các giá trị cho trong bảng sau:

Sai lệch giới hạn

( Với bước pháp tuyến

tp = 11,51 mm )

2 Sai lệch tích lũy giới hạn của bước trên chiều dài

4 Sai lệch giới hạn của mặt trước (của rãnh thoát

phoi) theo hướng kính trên chiều cao profile răng

0,05

5 Sai lệch giới hạn bước vít của bề mặt trước của

răng ( của rãnh thoát phoi)

± 40

7 Hiệu số giới hạn của các bước vòng kề nhau 0,05

8 Hiệu số khoảng cách từ đỉnh răng đến trục dao

phay phân bố theo rãnh thoát phoi

0,02

31

3.4.4 Những răng thiếu:

Có chiều dày đỉnh răng nhỏ hơn 1/2 chiều dày đỉnh răng nguyên cần được cắt bỏ

3.4.5 Kích thước và dạng profile dao phay:

Được kiểm tra bằng cách đo trục then hoa do dao phay cắt ra Nếu kích thước trục

then hoa nằm trong phạm vi dung sai thì coi như dao phay có độ chính xác đạt yêu cầu

3.4.6 Nhãn hiêu khắc ở đầu dao:

ĐHBKHN-D-10x27x38x6 80 27 3º 4168 12 P18

3.5 Bản vẽ thiết kế dao phay lăn trục then hoa:

a)

b)

32

Hình 3.7 Bản vẽ thiết kế dao phay lăn trục then hoa ĐHBKHN-D-10x27x38x6 80 27 3º 4168 12 P18 a) Bản vẽ kết cấu dao phay lăn trục then hoa

b) Mặt cắt pháp tuyến răng dao

Với phương pháp xác định profile dao phay lăn trục then hoa theo cung tròn thay thế thì không thỏa mãn điều kiện cần để áp dụng phương pháp này Vì vậy, ta xác định profile dao phay lăn then hoa theo tọa độ điểm

Tính toán kết cấu, đưa ra điều kiện kỹ thuật dao phay lăn trục then hoa và thiết kế bản vẽ dao phay lăn trục then hoa, ký hiệu ĐHBKHN-D-10x27x38x6 80 27 3º 4168 12 P18

N1: Số máy, cụm chi tiết có sản phẩm được sản xuất trong 1 năm: N1 = 300

m: Số sản phẩm trong cụm chi tiết: m = 1

Số chi tiết chế tạo thêm để dự trữ: β = 5% 7%, chọn β = 5%

Số chi tiết phế phẩm: α = 3% 6%, chọn α = 5%

Do đó, N = 300.1.[1+(5+5)/100] = 330 sản phẩm

Theo bảng 2, TK ĐACNCTM, Trần Văn Địch, với khối lượng Trục sơ cấp của hộp

số xe tải Zil 130 là 3,6 kg, ta có dạng sản xuất sản phẩm: hàng loạt nhỏ

4.2 Thiết kế bản vẽ lồng phôi:

Đối với các loại trục truyền động như trục răng, để tiết kiệm vật liệu, nâng cao cơ

tính thì thường chế tạo phôi bằng gia công áp lực Một trong các phương pháp đó là rèn

tự do

Theo bảng 21, sách Kỹ thuật rèn, Đỗ Văn Đua, ta tra được lượng dư và dung sai

phôi rèn các kích thước như sau:

sai

Kích thước phôi rèn

Chọn kích thước phôi rèn

34

Hình 4.1 Bản vẽ lồng phôi trục sơ cấp (trục chủ động) của hộp số xe tải Zil 130

- Tính khối lượng phôi rèn:

G = 1,05.7,852.V = 1,05.7,852.S.h

Với số liệu từ bản vẽ lồng phôi, thay vào công thức ta được kết quả: G = 7,7 kg

4.3 Xác định chuẩn định vị để gia công:

Đây là chi tiết dạng trục, ta sử dụng chuẩn định vị như sau:

NC I Khỏa mặt, khoan tâm, tiện thô mặt ngoài

NC II Khỏa mặt, tiện mặt ngoài, khoan lỗ, tiện thô đường kính lỗ

NC III Tôi cải thiện

NC IV Khỏa mặt, khoan tâm, tiện tinh lỗ

NC V Tiện tinh mặt ngoài, tiện rãnh, tiện ren

NC VI Mài tạo chuẩn

NC VII Phay lăn răng

NC VIII Phay lăn trục then hoa

NC IX Xọc khớp gài

NC X Khoan 2 lỗ dầu ở rãnh răng

NC XI Khoan 2 lỗ dầu nghiêng 30º

NC XII Đục đầu răng khớp gài

NC XIII Phay rãnh 6 lắp đệm cánh

NC XIV Thấm cacbon

NC XV Mài đường kính ngoài, khỏa mặt đầu

NC XVI Mài lỗ

NC XVII Mài răng

NC XVIII Kiểm tra

4.5 Xác định lượng dư gia công ở các bề mặt (tra bảng):

Theo bảng 3-120, 3-122, 3-125, 3-126, 3-138, 3-148 Sổ tay CN CTM1, Nguyễn Đắc Lộc, tra được lượng dư ở các nguyên công như sau:

35

4 Ø38 ở đầu còn lại - Mài đường kính ngoài 0,25

chuẩn (cho xọc khớp gài, khoan lỗ dầu)

khớp gài, khoan lỗ dầu)

0,6

4.6 Chế độ cắt và thời gian cơ bản gia công:

4.6.1 Nguyên công I: Khỏa mặt đầu, khoan tâm, tiện thô mặt ngoài:

a Sơ đồ gá đặt:

36

Hình 4.2 Sơ đồ gá đặt nguyên công I

- Định vị:

+ Mâm cặp 3 chấu kẹp đường kính ngoài khống chế 2 bậc tự do

+ Mũi tâm tỳ vào lỗ tâm khống chế 3 bậc tự do

1 Đường kính lớn nhất chi tiết gia công được Ø400

2 Chiều dài chi tiết lớn nhất gia công được trên 2

11 Công suất động cơ truyền động chính 10 kw

c Các bước công nghệ nguyên công I:

Bước 1: Tiện mặt đầu đầu trục nhỏ:

Kích thước cần đạt: Tiện mặt đầu đi 11 mm

- Chọn dụng cụ cắt:

Theo bảng 4-8 STCNCTM 1, chọn dao tiện rãnh gắn mảnh hợp kim cứng T15K6,

thân cong phải có các thông số: