Bài tập lớn môn cơ khí đại cương chủ đề bánh răng đại học bách khoa hà nội

Bánh răng là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống cơ vận hành của một chiếc xe hay của một máy móc công nghiệp nào đó. Nó là bộ phận trong hệ thống chuyển động của các máy móc cơ khí. Nó có hình dạng là một hình tròn với các răng cưa bao bọc bên ngoài như các răng rãnh nối tiếp nhau

BÁO CÁO CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

Bài 2: Quy Trình Công Nghệ Chế Tạo Sản Phẩm Bánh Răng

Chương I: Giới thiệu chung về sản phẩm

1, Các đặc điểm cơ bản:

Bánh răng là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống cơ vận hành của

một chiếc xe hay của một máy móc công nghiệp nào đó Nó là bộ phận trong hệ thống chuyển động của các máy móc cơ khí Nó có hình dạng là một hình tròn với các răng cưa bao bọc bên ngoài như các răng rãnh nối tiếp nhau Chúng thường được sử dụng theo cặp, có thể từ 2 – 3,4 cặp Các cặp nối tiếp nhau theo hình dạng song song Chúng có tác động trực tiếp tới việc truyền động, phân phối tới tốc độ nhanh chậm của động cơ

2, Ứng dụng của sản phẩm trong thực tế:

Các bánh răng là một phần chi tiết phổ biến của máy móc hiện đại, được tìm thấy trong đồng hồ, động cơ, và thiết bị tự động

Các bánh răng được sử dụng 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

Bánh răng là linh kiện thiết yếu hầu hết trong hầu hết các ngành công nghiệp nhưng chủ yếu được sử dụng rộng rãi đối với một số ngành công nghiệp như chế tạo, mô tô, cơ khí,

Chương II: Vật liệu chế tạo cho sản phẩm và các đặc tính cơ

bản của vật liệu

1, Các vật liệu thường được chế tạo bánh răng

Tùy theo mục đích sử dụng và môi trường làm việc mà ta lựa chọn các vật liệu như : C45 hay 40X , 20X ,… vì các vật liệu này dễ tôi thấm và đạt được các độ

cứng như yêu cầu Ngoài ra các vật liệu còn được sử dụng như : nhựa , hợp kim

hay nhôm ,…

Xét một số đặc tính cụ thể về 1 vài vật liệu thường được sử dụng là :

a, Thép cacbon C45:

C45 là gồm Fe và C,trong đó nồng độ cacbon có trong thép là 0,45%, C45

được xếp vào loại vật liệu có tính cacbon trung bình, thường được dùng thiết kế

trục,bánh răng

Thành phần hóa học của thép C45

Mác thép C (%)

min-max

Si (%) min-max

Mn (%) min-max

P (%) tối

Cr (%) min-max

Đặc tính cơ học của thép C45

Mác

thép

Điều

kiện

Yield Strength (Mpa)

Sức căng (Mpa)

Elon-gation A5 (%)

Độ cứng HRC

Nhiệt độ

Benda- khả năng

Độ dày danh nghĩa, t

1.95mm≤t≤10.0mm

Cán

C45 Cán 460 750 18 58 820 Bán 2,0 x t

kính uốn cong (≤90 °)

Nước

ngập

nước

2270

Dầu

Chỉ số cấp bền thép C45

Mác thépTiêu chuẩn Độ bền đứt

σb (Mpa)b (Mpa)

Độ bền đứt

σb (Mpa)c (Mpa)

Độ giãn dài tương đối

δ (%)

b, Thép hợp kim SCM440 :

Thành phần hoá học của thép chế tạo máy SCM440

%C %Mn %Cr %Mo %Si %P %S

0.38-0.43 0.6-0.85 0.9-1.2 0.15-0.3 0.15 – 0.35 ~0.03 ~0.03

Với việc bổ sung thêm nguyên tố Cr và Mo giúp cho thép SCM440 có khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt tốt, độ dẻo dai, tính đàn hồi cao, chống ăn mòn oxi hóa tốt

Hàm lượng cacbon cao hơn của thép SCM440 cho khả năng xử lý nhiệt và sức mạnh lớn hơn so với thép SCM420

Cơ tính của thép chế tạo máy SCM440

₋ Độ bền kéo: 100-130 KSI

₋ Giới hạn chảy: 80-110 KSI

₋ Độ giãn dài: 20%Min

₋ Độ thắt: 40% Min

Tính chất cơ bản của chi tiết máy là khả năng chịu tải trọng tĩnh và động, do vậy yêu cầu cơ bản là có độ bền cao và độ dai tốt phù hợp với điều kiện của tải trọng

Độ bền cao sẽ giúp tạo ra các máy khỏe (có công suất lớn) hơn, nhẹ và nhỏ gọn hơn và giá thành thấp hơn Để đạt được yêu cầu này phải dùng thép phù hợp

và nhiệt luyện bảo đảm Tuy nhiên trong chế tạo máy, ngoài độ bền người ta ngày càng coi trọng giới hạn chảy, vì lẽ các chi tiết máy ở dạng lắp ghép không cho phép có biến dạng dẻo khi làm việc

Độ dai va đập rất quan trọng đối với chi tiết chịu tải trọng động do phải tăng tải một cách đột ngột Chính chỉ tiêu này quyết định độ tin cậy khi làm việc, nó bảo đảm khó bị phá hủy giòn, yêu cầu đặc biệt quan trọng đối với các phương tiện giao thông

Ngoài hai chỉ tiêu cơ bản trên nhiều chi tiết máy còn đòi hỏi độ cứng bề mặt cao để bảo đảm tính chống mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát Rất nhiều chi tiết máy làm việc dưới tải trọng thay đổi theo chu kỳ (trục, bánh răng…) nên đòi hỏi giới hạn mỏi cao

Tính chất vật lý của thép chế tạo máy SCM440

₋ Mật độ của SCM440: 7,85 kg / cm3

₋ Hệ số co giãn nhiệt: 12,2 µm / m ° C ở 0-100 ° C

₋ Độ dẫn nhiệt: 42,6 W / mK @ 100 ° C

Đặc tính của thép chế tạo máy SCM440:

SCM440 có ưu điểm là thành phần ổn định, ít các thành phần có hại, độ tinh khiết cao, ít lớp giải mã, ít khuyết tật bề mặt, ủ kim loại dễ dàng, tỷ lệ nứt đầu nguội thấp Ngoài ra, thép SCM440 còn có những đặc tính như:

₋ Là thép cường độ cao, độ dẻo dai tốt

₋ Đảm bảo mối hàn rất tốt.

₋ Khả năng chịu mài mòn cao trong điều kiện làm việc khắc nhiệt

₋ Khả năng chống biến dạng tốt

₋ Độ cứng đồng nhất mọi kích thước

₋ Gia công cắt tốt

₋ Hiệu suất gia công tuyệt vời dưới nhiệt độ cao và ngoại hình đẹp sau khi gia công

₋ Dễ dàng gia công bằng EDM

Chương III: Phương pháp chế tạo sản phẩm

1,Phương pháp chế tạo phôi.

Để chế tạo một sản phẩm cơ khí nói chung thì có các phương pháp chế tạo phôi như đúc , gia công áp lực , cắt gọt kim loại ,… Mà trong bài này để chế tạo được thanh răng và bánh răng thì em chọn phương pháp rèn ( chồn phôi)

Có nhiều phương pháp gia công răng nhưng hay dùng nhất là phay định hình

và phay bao hình

a) Phương pháp định hình.

* Sử dụng phương pháp phay định hình

Phay răng bằng phương pháp định hình được tiến hành bằng dao phay định hình mà profil ( biên dạng) của nó phù hợp với biên dạng của rãnh răng Dao phay được sử dụng là dao phay đĩa modun hay dao phay ngón modun

Sau khi phay xong 1 rãnh răng thì phôi được quay đi 1 góc ( Z: là số răng của bánh răng cần phay) để phay rãnh tiếp theo

Để cắt hết chiều dày của bánh răng bàn máy mang phôi phải có chuyển động chạy dọc để cắt hết chiều dày răng

Tuy nhiên phương pháp định hình đạt được độ chính xác thấp, bánh răng sau khi gia công có sai số về biên dạng rãnh răng và sai số trong quá trình chia độ nên chỉ được áp dụng để gia công những bánh răng có yêu cầu độ chính xác không cao

* Sử dụng phương pháp xọc răng định hình.

Phương pháp xọc định hình có năng suất thấp do thời gian chạy không, và thòi gian điều chỉnh lớn nên ít dùng

* Phương pháp chuốt răng định hình.

Đây là phương pháp gia công răng có năng suất cao và độ chính xác cao phù hợp với sản xuất loạt lớn các bánh răng có kích thước lớn không nhiệt luyện và không mài Theo phương pháp này dao chuốt có biên dạng giống biên dạng của rãnh răng Sau một hành trình của dao chuốt thì biên dạng của một hoặc nhiều rãnh răng cùng được tạo ra một lúc, bánh răng được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân

độ Phương pháp chuốt toàn bộ các răng cùng một lúc rắt ít dùng vì kết cấu dao chuốt phức tạp, khả năng thoát phoi kém, lực cắt lớn

b Phương pháp cắt răng theo nguyên lý bao hình

Có nhiều phương pháp cắt răng theo nguyên lý bao hình

* Phay lăn răng.

Phay răng theo phương pháp lăn bao hình là phương pháp gia công răng phổ biến nhất cho năng suất và độ chính xác cao Dụng cụ cắt là dao phay lăn trục vít

có biên dạng thân khai tại mặt cắt vuông góc với đường xoắn vít

Nguyên lý tạo hình theo nguyên lí ăn khớp trục vít - bánh vít Khi dao quay

1 vòng thì phôi quay vòng (đối với dao 1 đầu mối, nếu dao nhiều đầu mối thì phôi quay vòng; k : số đầu mối của dao; Z: số răng của bánh răng cần gia công) Mối liên hệ giữa dao và phôi như vậy được thực hiện nhờ các bánh răng thay thế

Khi phay răng nghiêng ta phải tính bánh răng thay thế để lắp trên chạc vi sai

để quay bù lại lượng nghiêng trên bánh răng

* Xọc răng.

Xọc răng bao hình có thể thực hiện bằng dao dạng bánh răng ( hình chậu) hay dao dạng thanh răng ( hình lược) trên máy xọc bao hình

Xọc răng bao hình bằng dạng bánh răng:

Ưu điểm:với phương pháp này có thể tạo ra được bánh răng răng thẳng,

bánh răng răng nghiêng, bánh răng nhiều bậc mà khoảng cách giữa các bậc nhỏ mà các phương pháp gia công khác không thể gia công được và đặc biệt là gia công bánh răng trong

Nguyên lý tạo hình dựa trên nguyên lý ăn khớp của hai bánh răng, một bánh được vát tạo mặt trước và mặt sau làm dụng cụ cắt.Trong quá trình gia công dụng

cụ thực hiện chuyển động cắt theo hướng dọc trục của bánh răng cần gia công và cùng với bánh răng gia công có chuyển động cưỡng bức

Tốc độ vòng của dao và chi tiết phải tuân theo tỷ số:

Trong đó: nd, nc - số vòng quay của chi tiết và dao xọc Zc, Zd - Số răng của chi tiết và dao

Trong trường hợp cắt bánh răng trong chỉ có thể đạt được khi góc áp lực Nếu không thoả mãn điều kiện này thì sẽ xảy ra hiện tượng lẹm đỉnh răng khi cắt

Thông thường dùng phương pháp xọc răng chỉ dùng để gia công bánh răng thẳng Tuy nhiên cũng có thể gia công được bánh răng nghiêng khi dao có răng nghiêng cùng với bạc dẫn nghiêng tương ứng

Nhược điểm: Khi gia công không thể ngay một lúc cắt hết chiều sâu rãnh

răng được mà phải từ từ tiến dao hướng kính Khi tiến dao hướng kính thì phôi phải quay vòng nữa thì dao mới tiến vào đúng được chiều sâu cần tiến vào và sau

đó phôi phải quay hết 1 vòng nữa thì chu kì cắt mới kết thúc nên để cắt được hết chiều dầy sau 1 lần tiến dao thì phôi phải quay (n vòng) Nếu bánh răng có mô dun lớn phải tiến dao n lần mới đạt chiều cao răng thì phôi phải quay ( n vòng) Thời gian chạy không lớn

Để giảm thời gian gia công và tăng năng suất khi xọc răng có thể sử dụng phương pháp sau:

+ Dùng hai dao xọc lắp trên cùng một trục gá dao để vừa gia công thô và gia công tinh luôn một lúc, ở đây dao phía trên cắt tinh còn dao phía dưói cắt thô

+ Dùng máy xọc chuyên dùng có phần lắp dao phay lăn răng Như vậy trên máy này có thể vừa xọc vừa phay lăn răng cùng một lúc

- Xọc răng bằng dao dạng răng lược:

Một trong những phương pháp gia công chính xác bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V là phương pháp xọc bằng dao răng lược trên máy xọc bao hình Chuyển động bao hình của dụng cụ và vật được dựa trên nguyên lý ăn khớp bánh răng thanh răng Dụng cụ có dạng thanh răng với biên dạng hình thang thực hiện chuyển động cắt trên phương vuông góc với bề mặt phôi

2,Quy trình công nghệ sản xuất bánh răng:

Hình 2 1: Sơ đồ tóm tắt quy trình sản xuất bánh răng

(Nguồn: Phòng kĩ thuật – cơ điện) 2,Mô tả trình tự gia công:

a Nguyên công 1: Chuẩn bị và cắt phôi.

Bước 1: Chọn phôi

Chọn phôi đúc, chọn phương pháp đúc trong khuôn cát làm bằng máy cho phù hợp với dạng sản xuất hàng loạt vừa

Bước 2: Làm sạch phôi

Trong quá trình thành phẩm phôi thường có các phần dư thừa do đó cần phải mài

bỏ trước khi vào các nguyên công tiếp theo, đồng thời cũng nên làm sạch các vết cháy bên ngoài

Bước 3: Kiểm tra phôi

Để đảm bảo gia công chính xác ở các nguyên công phải kiểm tra kích thước phôi trước khi đúc, phôi khi đúc ra phải đúng yêu cầu trên bản vẽ đúc Kiểm tra các khuyết tật của phôi như độ cong vênh rạn nứt, có bọt khí hay không để đảm bảo chất lượng của phôi, cơ tính của phôi

Bước 4: Ủ phôi

Phôi sau khi đúc thường bị biến cứng gây khó khăn cho việc gia công cơ sau này

do đó cần phải ủ đẳng nhiệt để cải thiện cơ tính của phôi, khử được ứng suất và biến cứng của kim loại làm tăng độ bền của kim loại

Hình 2 2: Máy cắt phôi

(Nguồn: Sưu tầm)

b Nguyên công 2: Tiện tinh đầu 1

Yêu cầu kĩ thuật: Làm cùn mép sắc không ghi 1x 45°

1 Thiết bị sử dụng : Máy tiện CNC

2 Dụng cụ: Dao tiện + mũi khoan ∅ 20

3 Dụng cụ kiểm tra: Thước cặp 1/50 + đồng hồ

Hình 2 3: Máy tiện CNC và thông số kĩ thuật nguyên công tiện tinh đầu 1

c Nguyên công 3: Tiện tinh đầu 2

Yêu cầu kĩ thuật: Làm cùn mép sắc không ghi 1x 45°

1 Thiết bị sử dụng: Máy tiện CNC

2 Dụng cụ: Dao tiện

3 Dụng cụ kiểm tra: Thước cặp 1/50

Hình 2 4: Máy tiện CNC và thông số kĩ thuật tiện tinh đầu 2

d Nguyên công 4: Phay răng

Yêu cầu kĩ thuật: Răng không trày xước

1 Thiết bị: Máy phay lăn

2 Dụng cụ: Dao lăn m1,75 góc 20°

3 Dụng cụ kiểm tra: Thước đo Panme 20 25

Lưu ý: Kiểm tra độ đảo gá trước khi phay không lớn hơn 0,02 Độ đảo đầu nhỏ hơn 0,02 Sau khi kẹp sản phẩm độ đảo không lớn hơn 0,035 ( Khi rà gá phải có BB + KCS xác nhận độ đảo gá mới phay)

Hình 2 5: Máy phay lăn và thông số kĩ thuật nguyên công phay răng

e Nguyên công 5: Chuốt then

1 Thiết bị: Máy chuốt

2 Dụng cụ: Dao chuốt B5

3 Dụng cụ kiểm tra: Dường + thước cặp

Hình 2 6: Máy chuốt và thông số kĩ thuật nguyên công chuốt then

f Nguyên công 6: Nguội

Làm sạch ba via, cạnh sắc

Kiểm tra lại theo bản vẽ

Hình 2 7: Công nhân đang nguội sản phẩm

g Nguyên công 7: Tôi tần số ( Theo quy trình tôi tần số riêng)

Yêu cầu kĩ thuật:

Rửa sạch sản phẩm trước khi tôi tần số

Tôi tần số phần răng đạt HRC 42 45 độ sâu 0,6 1,0mm

Tôi trong môi trường nước tự ram

Thiết bị: Máy tôi tần số

Hình 2 8: Máy tôi tần số riêng

h Nguyên công 8: Hoàn thiện sản phẩm

Sản phẩm được kiểm tra lại theo bản vẽ tại phòng tổ KCS

Sau khi kiểm tra đạt yêu cầu được xếp vào thùng để đưa về kho bảo quản

i Nguyên công 9: Bảo quản

Sản phẩm được đưa về kho để bảo quản

Sử dụng dầu MATELUB GEAR EP là dầu bảo quản bánh răng công nghiệp

Chương IV: Phương pháp xử lí bề mặt cho sản phẩm

chế tạo

Để xử lí bề mặt ta sử dụng phương pháp nhiệt luyện :

Xử lý nhiệt ( Nhiệt luyện ) là một phương pháp tác động nhiệt độ lên vật chất nhằm làm thay đổi vị cấu trúc chất rắn , đôi khi tác động làm thay đổi thành phần hóa học , đặc tính của vật liệu Chủ yếu của ứng dụng nhiệt luyện là thuộc về ngành luyện kim Nhiệt luyện cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau ,

ví dụ như ngành sản xuất thủy tinh Quá trình nhiệt luyện bao gồm sự nung nóng hoặc làm nguội với mức độ chênh lệch đáng kể , hoặc xử lý nhiệt theo một thời gian biểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu , cũng như tạo ra sự cứng hay mềm khác nhau trên củng một vật liệu , ví dụ như tôi bề mặt , vật liệu chí cứng

ở bề mặt ( chống mài mòn ) nhưng lại dẻo dai ở phần bên trong chịu va đập cũng như chịu uốn rất tốt ) Nhiệt luyện đòi hỏi một quy trình chặt chẽ và có kiểm soát thời gian và tốc độ trao đổi nhiệt trên vật liệu Nhiều quốc gia tiên tiến chưa công

bố và bí mật một số công nghệ nhiệt luyện - yếu tố tạo ra một vật liệu có giá thành

hạ nhưng tính năng sử dụng rất cao

Ví dụ , với một chi tiết trục động cơ , người ta sử dụng vật liệu thép hợp kim thấp ( giá thành rẻ ) sau công đoạn nhiệt luyện ram , thâm vật liệu có bề mặt cứng chịu được bài mòn cao , nhưng thân trục lại chịu được chân động và chịu tốn khá lớn chi tiết được bán với giá rất cao Bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu

Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn : Nung , giữ nhiệt , làm nguội Khi nung , tổ chức vật liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ , tuỳ thời điểm nâng , hạ nhiệt với các tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ cho ra tính chất vật liệu mong muốn Để làm thay đổi mạnh hơn nữa các tính chất

của kim loại và hợp kim , người ta còn kết hợp đồng thời các tác dụng của biến đang deo và nhiệt luyện hay tác dụng hoá học và nhiệt luyện Như vậy nhiệt luyện nói chung bao gồm ba loại : Nhiệt luyện đơn giản , Cơ nhiệt luyện , Hoả nhiệt luyện

Một số phương pháp nhiệt luyện :

Tôi bề mặt: Thực hiện tôi trên bề mặt chi tiết hợp kim, thường sử dụng các lò tần

số để chỉ nung phần mặt ngoài của chi tiết

Ram: Ram là quá trình nhiệt luyện gồm nung kim loại đã được tôi đến nhiệt độ

thấp hơn nhiệt độ chuyển biến pha, đưa hợp kim về trạng thái cân bằng, do đó mà

tổ chức không ổn định khi tôi sẽ được phân huỷ thành tổ chức ổn định hơn

Chương V Kết luận

Trong nền kinh tế phát triển như hiện nay thì ngành công nghiệp

cơ khí đang đóng vai trò rất quan trọng Hầu hết các thiết bị máy móc có đều sử dụng thanh răng và bánh răng Đặc biệt là trong chế tạo các linh kiện động cơ Hệ thống thanh răng bánh răng được dùng để giúp các động cơ hoạt động, mang lại hiệu quả cao cho người sử dụng.

Ưu điểm:

Tất cả các mặt tiếp xúc giữa các bánh răng đều tiếp xúc hoàn toàn trực tiếp với các hướng của trục quay Như vậy trong hệ thống sẽ tạo thành một thể thống nhất

Trong trường hợp hệ thống vận hành xảy ra lỗi kỹ thuật thì hậu quả xảy ra cũng không đem lại sự nguy hiểm cho người sử dụng cũng như không để lại hậu quả lớn cho toàn hệ thống

Nhược điểm

Tuy bánh răng thẳng được dùng phổ biến và mang lại hiệu quả cao , nhưng thực tế bánh răng này vẫn có một số nhược điểm sau: