BÀI tập lớn cơ KHÍ đại CƯƠNG đề số 2 BÁNH RĂNG

Bài tập lớn môn cơ khí đại cương đề số 2 bánh răng ............................................................................................................................................................................................................................................

BÀI TẬP LỚN CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

NGƯỜI THỰC HIỆN: xxx

MSSV: xxx

STT: xx

ĐỀ SỐ: 2 – SẢN PHẨM DẠNG BÁNH RĂNG

NỘI DUNG

 Chương 1: Giới thiệu chung về sản phẩm

 Chương 2: Lựa chọn vật liệu chế tạo cho sản phẩm và trình bày các đặc tính cơ bản của vật liệu

 Chương 3: Lựa chọn phương pháp chế tạo sản phẩm và mô tả trình tự gia công với sản phẩm cụ thể đã chọn, tính toán thông số cắt gọt chính cho một số nguyên công cơ bản

 Chương 4: Lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt cho sản phẩm đã chọn

 Chương 5: Kết luận

CHƯƠNG 1 Giới thiệu chung về sản phẩm

1 Bánh răng

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 hay chậm của động cơ

2

Các yêu cầu kỹ thuật cơ bản của bảnh răng

a) Cấp chính xác của bánh răng

Theo tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN ) quy định Độ chính xác của bánh răng có 12 cấp và được đánh số từ 1 đến 12 ,mức độ chính xác giảm dần từ 1-12 , trong đó cấp 1 là cấp chính xác nhất, cấp 12 là kém chính xác nhất và thường sử dụng các cấp chính xác 6,7,8,9 ( chú ý: Độ chính xác của bánh răng khác với quy định cấp độ chính xác của chi tiết gia công là 20 cấp chính xác)

b) Kết cấu của bánh răng

 Nếu đường kính ngoài (d) của bánh răng d < 150 mm: Bánh răng được chế tạo liền khối và không khoét lõm

 Nếu d < 600: Bánh răng thường được khoét lõm để giảm khối lượng

 Nếu d > 600: Bánh răng thường được chế tạo vành riêng bằng thép tốt, sau đó ghép vào moayer, loại này tôt, nhưng mà chi phí gia công đắt

3 Bản vẽ bánh răng và 9 thông số cơ bản cần nhớ

Thông số là một thông tin vô cùng quan trọng trong khi gia công , thiết kế và lắp đặt máy móc Việc nhớ hết tất cả các thông số là điều khá khó khăn, song cũng cơ những thông sô cơ bản mà bắt buộc người chế tạo cần phải nắm rõ

• Vòng đỉnh: là đường tròn đi qua đỉnh răng ( da=m(Z+2) )

• Vòng đáy: là vòng tròn đi qua đáy răng ( df=m(Z-2.5) )

• Vòng chia: là đường tròn tiếp xúc với một đường tròn tương ứng của bánh răng khác

khi 2 bánh ăn khớp với nhau ( d=m.Z )

• Số răng: Z=d/m

• Bước răng: là độ dài cung giữa 2 profin của 2 răng kề nhau đo trên vòng chia ( P=m

π )

• Modun: là thông số quan trọng nhất của bánh răng ( m = P/π )

• Chiều cao răng: là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng chia ( h=ha +

hf=2.25m )

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

St = P/2 = m/2 )

• Chiều rộng rãnh răng: là độ dài cung tròn đo trên vòng chia của một rãnh răng ( Ut= P/

2 = m/2 )

4 Phân loại và Công dụng

Bánh răng là chi tiết thông dụng dùng để truyền chuyển động quay Bánh răng thường dùng gồm có ba loại:

Bánh răng trụ

Công dụng của bánh răng trụ để truyền chuyển động quay giữa hai trục song song

- Bánh răng trụ có các răng hình thành trên mặt trụ tròn xoay, gồm các loại sau đây: + Bánh răng trụ răng thẳng: răng hình thành theo mặt trụ

+ Bánh răng trụ răng nghiêng: răng hình thành theo đường xoắn ốc trụ

+ Bánh răng trụ răng chữ V: răng nghiêng theo hai phía ngược chiều nhau, làm thành chữ V

Bánh răng côn

Bánh răng côn có công dụng truyền chuyển động quay giữa hai trục cắt nhau

Răng của bánh răng côn được hình thành trên mặt côn, vì vậy kích thước của răng

và mô đun thay đổi theo chiều dài của răng, càng về phía đỉnh nón kích thước của

răng và mô đun càng bé

Răng bánh vít và răng trục vít

Có công dụng truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau

- Răng của trục vít có dạng ren vít, trục vít có ren một, hai hoặc ba đầu mối Mô đun

của trục vít bằng mô đun của bánh vít ăn khớp Các kích thước của trục vít được tính theo mô đun

- Răng của bánh vít hình thành trên mặt tròn xoay có đường sinh là một cung tròn (mặt xuyến) Đường kính của vòng chia và mô đun được tính trên mặt phảng vuông góc với trục của bánh vít và đi qua tâm xuyến

Hệ thống truyền lực và vi sai Hộp số

Cơ cấu bánh răng trong hộp giảm tốc

Một số ứng dụng của bánh răng trong thực tế:

CHƯƠNG 2 Lựa chọn vật liệu chế tạo cho sản phẩm và trình bày các đặc tính cơ bản của vật liệu bao gồm: Thành phần hóa học, cơ

tính, lý tính, hóa tính,

Do bánh răng cần chế tạo là bánh răng chịu tải

thường, chịu tốc độ quay không lớn nên vật liệu để làm

bánh răng này là các thép hóa tốt để làm bánh răng

thường là 40, 45, 40X đôi khi 40XH Trong bài tập này,

em xin chọn thép 45 hay C45 bởi độ phổ biến cũng như

giá thành của nó

Thép C45 là gì?

Thép C45 là thép Carbon có hàm lượng Carbon là 0,45% (0,45%C), ngoài ra loại thép này còn chứa các tạp chất khác như silic, mangan, lưu huỳnh, crom, phốt pho, đồng, niken…

Thép cacbon C45 còn được gọi là nhóm thép hóa tốt do chế độ nhiệt luyện cao thường được sử dụng phổ biến trong chế tạo các loại trục, bánh răng, lốp bánh xe, trục, liềm, rùi, khoan gỗ làm việc, dao,…

Mác C45: Chữ “C” là kí hiệu của thép Cacbon, trong đó “45” có nghĩa là mác thép chưa hàm lượng C là 0,45%

Trong bài tập này, em xin được

giới thiệu cách chế tạo bánh

răng trụ thẳng chịu tải thường

ăn khớp kích thước vừa

Đặc điểm và tính chất của thép C45

Thành phần hóa học của thép C45

Mác

thép C (%) min-max

Si (%) min-max

Mn (%) min-max P (%) tối đa S (%) tối đa

Cr (%) min-max

C45 0,42-0,50 0,15-0,35 0,50-0,80 0,025 0,025 0,20-0,40

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

C45

Bán kính uốn cong (≤90 °)

2,0 x t 1,0 × t

Nước

ngập

nước

2270

Dầu ngập 1980

Mác thép Tiêu chuẩn

Độ bên đứt

σb (Mpa)b (Mpa)

Độ bền đứt

σb (Mpa)c (Mpa)

Độ giãn dài tương

đối

δ (%)

Độ cứng HRC

C45 TCVN

Chỉ số cấp bền thép C45

Ở điều kiện bình thường thép C45 có độ cứng HRC là 23, trong trường hợp yêu cầu cần thép có độ cứng cao hơn người ta sử dụng phương pháp tôi, ram để tăng độ cứng của thép C45

Tùy theo độ cứng cần sử dụng, người ta có thể sử dụng phương pháp tôi dầu, tôi nước hoặc tôi cao tần trong các điều kiện thích hợp để có độ cứng mong muốn

Ứng dụng của thép C45

Thép mác C45 được ứng dụng và sử dụng phổ biến trong các công trình xây dựng và công nghiệp hiện nay bởi cơ tính (độ bền, độ cứng, dộ dẻo,…) rất phù hợp cho gia công cơ khí, chế tạo chi tiết máy, xây dựng cầu đường, khung thép,… dễ dàng tôi, ram để đạt được độ cứng mong muốn

Ngoài ra thép tròn C45 thường được dụng chế tạo, cán ren, bulong, làm chi tiết

máy, chế tạo các loại trục, bánh răng, chế tạo bản mã, mặt bích thép, trục, liềm, rùi,

khoan gỗ làm việc, dao,…

CHƯƠNG 3

Lựa chọn phương pháp chế tạo sản phẩm và mô tả trình tự gia công với sản phẩm cụ thể đã chọn, tính toán thồng số cắt

gọt chính cho một số nguyên công cơ bản

Trong đề tài này, em tính toán sẽ gia công để tạo thành chi tiết bánh răng có

đường kính 90mm, cao 20mm có 32 răng, 8 lỗ khoan giảm khối lượng và moay-ơ với lỗ đường kính 20mm ở giữa.

Do tính hóa tốt và khả năng gia công cao của C45, trong bài tập này, để chế tạo

sản phẩm bánh răng, em chọn phương pháp gia công cắt gọt Để chế tạo chi tiết này, em sẽ thực hiện 10 nguyên công sau:

Nguyên công 1: Cắt phôi

Do thép C45 trên thị trường có dạng

thanh có nhiều đường kính khác nhau, nên

để tạo phôi ta chỉ cần chọn thanh có đường

kính trong khoảng từ 95-100mm rồi cắt một

đoạn dài 22mm để gia công tiện sau này Ở

đây, em chọn thanh đường kính 95mm

Nguyên công 2: Khoan lỗ

Khoan lỗ lên phôi vừa cắt để có được tính đồng tâm làm tiền đề cho các nguyên công sau Lỗ ta cần khoan có đường kính 20mm, nên trước tiên ta sẽ khoan lỗ có đường kính 19mm, để doa lỗ khoan sau này

Nguyên công 3: Tiện thô các bề mặt cắt

Do nguyên công đầu tiên cắt tạo phôi dùng cưa chưa tạo đỗ nhẵn tối thiểu cho gia công và dư ra một đoạn ngắn nên ta cần tiện thô các bề mặt để đạt được độ nhẵn yêu cầu và đạt đến kích thước mong muốn Do chiều dài trụ phôi là 22mm, nên mỗi mặt ta sẽ tiện thô đi khoảng 0.9mm kim loại

Nguyên công 4: Tiện thô các bề mặt còn lại và tiện tinh lỗ

Ta tiện thô tạo tiền đề tiện tinh và tiện tinh lỗ chính vừa khoan Do đường kính thanh C45 ngoài thị trường là 95mm, ta sẽ tiện thô phôi trên cho thành đường kính 91mm để chừa cho tiện tinh sau này Sau đó, ta đi doa lỗ khoan chính, sao cho nó

có kích thước 20±0.1mm

Nguyên công 5: Tiện tinh bề mặt ngoài trụ

Ta đi tiện tinh 2 mặt đáy phôi trước, do trước đó phôi dài 22mm, mà ta đã tiện thô đi 0.9mm mỗi mặt, nên quá trình tiện tinh này ta phải đưa dao một đoạn 0.1mm, tuy nhiên, trong quá trình gia công có thể có sai số, ta cần đo đạc lại cẩn thận rồi tiện để có được kết quả cuối cùng là chiều dài phôi đạt 20±0.1mm

Sau đó là tiện tinh mặt bên của trụ Nguyên công tiện thô trước ta tiện cho phôi đường kính còn khoảng 91mm, nên lần đưa dao này ta chỉ đưa từ ngoài vào một đoạn 1mm, ta sẽ cố gắng thực hiện sao cho đạt được kích thước cuối cùng là 90±0.1mm

Nguyên công 6: Khoan lỗ giảm khối lượng

Do bánh răng ta thiết kế kích thước

khá lớn nên cần giảm khối lượng, trước

tiên ta khoan lỗ, trong chi tiết này ta khoan

8 lỗ đường kính 10mm giảm khối lượng, ta

sẽ đi khoan thô mỗi lỗ đường kính 9mm

trước, rồi đi doa giống lỗ chính để đạt kích

thước cuối cùng 10±0.1mm

Nguyên công 7: Phay giảm khối lượng

Cũng giống như khoan lỗ, ta phay

để giảm khối lượng chi tiết Ta dự định sẽ

phay rộng 20mm bởi 2 đường tròn đường

kính đi qua tâm lỗ khoan lần lượt là 50mm

và 70mm Do đó , ta chọn dao phay ngón

đường kính 18mm để tiện tinh sau này đạt

kích thước của độ rộng là 20±0.1mm Và

chiều sâu của mỗi bên phay là 5mm, sai

số 0.1mm

Nguyên công 8: Tiện trụ bậc và doa góc trụ bậc

Nguyên công này thực chất là chế tạo moay-ơ cho bánh răng Ta đi phay sâu 2.5mm mỗi bên mặt bánh răng và phay tạo đường kính trụ nhỏ là 35mm

Nguyên công 9: Phay răng

Đây là nguyên công chính trong chế

tạo bánh răng Ở đây ta sử dụng phương

pháp phay bằng dao hình trụ cho chạy

xung quang mặt ngoài của bánh răng Ta

mài đủ một chu kì 32 răng một cách từ từ,

mỗi chu kì ta phay một ít, cho đến khi đạt

được chiều sâu yêu cầu

Nguyên công 10: Doa góc ngoài của bánh răng

Ta doa góc ngoài của bánh răng để tạo độ trơn cho bánh răng, tránh góc sắc

CHƯƠNG 4 Lựa chọn phương pháp xử lý nhiệt cho sản phẩm đã chọn

Do yêu cầu làm việc của chi tiết,

răng cần phải có độ cứng và độ bền cần

thiết, không cho phép chi tiết được phép

rạn nứt, cháy do nhiệt, biến dạng do nhiệt

phải bé, cơ tính phải đồng đều Để đạt

được các yêu cầu trên thi phải có chế độ

nhiệt luyện hợp lý

Sau khi cắt răng, bánh răng được nhiệt luyện bằng nhiều phương pháp khác

nhau Đối với bánh răng có modun và kích thước nhỏ thì ta dùng phương pháp tôi

thể tích còn với các bánh răng có modun lớn và kích thước lớn thì phải dùng

phương pháp tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần Phương pháp tôi bằng dòng

điện cao tần có ưu điểm là dễ điều chỉnh được chiều dầy thấm tôi, biến dạng bé, độ nhẵn bề mặt cao tuy nhiên vốn đầu tư lớn chỉ dùng cho sản xuất loạt lớn vì mỗi một loại răng khác nhau phải dùng các vòng nung khác nhau

 Có thể nung nóng nhanh bề mặt bằng các phương pháp sau:

+ Nung nóng bằng dòng dòng điện cảm ứng cao tần

+ Nung nóng bằng ngọn lửa đèn xì Axetylen

+ Nung nóng bằng tiếp xúc giữa hai phần giáp nhau có dòng điện chạy qua

+ Nung nóng trong chất điện phân

Phương pháp hoá nhiệt luyện:

+ Đối với loại thép ít cacbon ( kể cả thép hợp kim ) sau khi gia công cắt gọt phải tôi + Đối với các chi tiết bánh răng có yêu cầu tính chịu mài mòn cao thì phải thấm Nitơ

 Kết luận: Do kích thước của bánh răng chế tạo, ta chọn phương pháp tôi thể tích

Tôi: 8200C nguội trong dầu

Ram cao: 5000C thời gian ram 1-2h Thu được tổ chức Xoocbit ram độ cứng chỉ đạt 180-250HB

Đối với chi tiết bánh răng vừa chịu mài mòn và va đập thì sau khi nhiệt luyện hóa tốt (tôi+ram cao) ta phải tôi cảm ứng + ram thấp (150-2500C) : bề mặt đạt được độ cứng 50-58HRC chống mài mòn khá tốt, lõi đạt độ cứng 30-40HRC chịu được va dập cao Tuy nhiên bánh răng ta chế tạo chỉ là bánh răng truyền lực, không cần thực hiện tôi cảm ứng và ram thấp

CHƯƠNG 5 Kết luận

Trên đây là quy trình chế tạo chi tiết bánh răng trụ răng thẳng ăn khớp ngoài kích thước vừa Sau các nguyên công trên, ta sẽ thực hiện một đợt kiểm tra tổng thể: kiểm tra chịu va đập, chịu mài mòn, độ cứng,…

Do kiến thức còn hạn hẹp và với phạm vi của bài, em chỉ đưa ra được quá trình, các nguyên công chứ chưa đi sâu được vào tính toán và xử lí chi tiết Kính mong nhận được lời góp ý cũng như sự chỉ dạy của thầy cô bộ môn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Bách Khoa, ngày tháng năm 2020