Tiểu luận cơ khí đại cương Chế tạo bánh răng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
Bộ mơn Hàn & Cơng nghệ Kim loại
------o0o------

BÀI TẬP CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG
Mã HP: ME 2030
Đề số 3: San phâm banh răng

Thực hiện : SV. Nguyễn Khắc Kiên
Lớp TE1-01.K66
MSSV : 20217731
Hướng dẫn: PGS.TS. Vũ Huy Lân

HÀ NỘI - 07/2022



Nội dung
Chương 1: Giới thiệu chung vê san phâm bao gôm: Cac đăc điêm cơ ban
va ưng dung cua san phâm trong thực tê.
Chương 2: Vât liệu chê tao cho san phâm va cac đăc tinh cơ ban cua vât
liệu.
Chương 3: Phương phap chêt tao san phâm.
Chương 4: Phương phap xư ly nhiệt cho san phâm đa chon.
Chương 5: Kêt luân.

1


Chương 1: Giới thiệu chung vê san phâm

1. Cac đăc điêm cơ ban:
Banh răng la một bộ phân không thê thiêu trong hệ thống cơ vân hanh cua
một chiêc xe hay cua một may móc cơng nghiệp nao đó. Nó la một bộ phân
trong hệ thống chuyên động cua cac may móc cơ khi. Nó có hình dang la một
hình tròn với cac răng cưa bao boc bên ngoai như cac răng ranh nối tiêp nhau.
Chúng thường được sư dung theo căp có thê từ 2-3 căp. Cac căp nối tiêp nhau
theo hình dang song song. Chúng có tac động trực tiêp tới việc truyên động,
phân phối tới tốc độ nhanh châm cua động cơ.
2. Ứng dung cua san phâm trong thực tê.
Cac banh răng la một phần chi tiêt phổ biên cua may móc hiện đai, được thấy
hầu như trong tất ca cac thiêt bị ngay nay va được dùng nhiêu nhất trong cac
nganh công nghiệp hiện nay.
Cac banh răng được sư dung trong nhiêu loai may va cơ cấu may khac nhau
đê truyên chuyên động quay từ truc nay sang truc khac va đê biên chuyên động
quay thanh chuyên động tịnh tiên hoăc ngược lai.
Những nganh công nghiệp banh răng được sư dung rộng rai như la chê tao
may, ô tô, cơ khi, …

Chương 2: Vât liệu chê tao cho san phâm va cac đăc tinh cơ
ban cua vât liệu
1.Cac vât liệu thường được chê tao banh răng.
Khi chon vât liệu phai dựa vao cac yêu cầu cu thê : tai trong lớn hay nhỏ , kha
năng công nghệ va thiêt bị chê tao cũng như vât tư được cung cấp, có yêu cầu
kich thước phai gon hay không. Ngoai ra căn cư vao môi trường lam việc cua
banh răng, có ăn mịn hay chị tac dung cua lực hay ưng suất gì khơng,…
Vât liệu chê tao răng thường được chia thanh 2 nhóm:




Nhóm 1 : độ rắn HB < 350, banh răng thường được thường hóa hoăc tơi
cai thiện.Nhờ độ rắn thấp nên có thê cắt răng chinh xac sau khi nhiệt luyện,
đơng thời bộ trun có kha năng chay mịn.
Nhóm 2 : có độ rắn HB >350 , banh răng thường được tôi thê tich , tôi bê
măt, thấm cacbon ,thấm nito dùng cac nguyên công tu sưa đắt tiên như
mai,mai nghiên v.v.. Răng chay mòn rất kém do đó phai nâng cao độ chinh
xac chê tao , nâng cao độ cưng cua ổ truc.Tuy nhiên khi dùng vât liệu
nhóm 2 thì ưng suất tiêp xúc có thê tăng tới 2 lần va nâng cao kha năng tai
2






cua bộ truyên cũng như tăng tới 4 lần so với thép thường hóa hoăc tơi cai
thiện.
Đối với hộp giam tốc chịu cơng suất trung bình hoăc nhỏ ,chỉ cần chon
vât liệu nhóm 1, đơng thời chú y răng đê tăng kha năng chay mòn cua
răng ,nên nhiệt luyện banh răng lớn đat độ rắn thấp hơn độ rắn banh răng
nhỏ từ 10 đên 15 đơn vị :
H1 > H2 + (10 … 15 ) HB
Với cơng suất lớn có thê chon vât liệu banh nhỏ la thép nhóm 2, banh lớn
nhóm 1 hoăc ca 2 đêu thuộc nhóm 2, khi đó nhiệt luyện 2 banh như nhau
va đat độ rắn bằng nhau.



- Ngay nay tùy theo muc đich sư dung va môi trường lam việc ma lựa
chon cac vât liệu như: C45, hay 40X, 20X, ... vì cac vât liệu nay dễ tôi thấm va

đat được cac độ cưng như yêu cầu. Ngoai ra vât liệu banh răng còn được lam
nhiêu bằng Nhựa, hợp kim, hay Nhôm,...
Xét một số đăc tinh cu thê vê 1 vai vât thường được sư dung la:
a, thép cacbon C45:
Thép C45 la một loai thép hợp kim có ham lượng carbon cao lên đên 0,45%.
Ngoai ra loai thép nay có chưa cac tap chất khac như silic, lưu huỳnh,
mangan,crom…. Có độ cưng, độ kéo phù hợp cho việc chê tao khuôn mẫu. Ứng
dung trong cơ khi chê tao may, cac chi tiêt chịu tai trong cao va sự va đâp manh.
Thanh phần hóa hoc cua thép C45
Ham lượng cua cac nguyên tố %

Mac thép
cacbon

silic

mangan

Phot-pho

Lưu huỳnh crom

niken

Không lớn hơn

C45

0,42-0,5 0,16-0,36 0,5-0,8

0,040

3

0,040

0,040

0,25


Chỉ số độ bên cua thép C45
Mac thép

C45

Tiêu chuân

Độ bên kéo
max
(Mpa)

TCVN
1766-75

610

Đăc điêm cơ tinh cua thép
Giới
Độ dan

han
Độ bên dai
chay kéo (sb) tương
(sch)
đối
(d5)
Mac
thép

kG/mm2

Độ bên kéo Độ gian dai
Min
tương đối
(Mpa)
δ (%)
360

Độ
thắt
tương
đối (y)

Độ dai va
đâp, kG
(m/cm2)

40

5

16

Độ cưng
sau thường
hóa (HB)

Độ cưng
HRC
23

Độ cưng
sau u hoăc
Ram cao
(HB)

%

không nhỏ hơn

C45

36

61

16

4

≤ 229

≤ 197


Thép C45

b, Thép trịn đăc 40X (40Cr)
Thanh phần hóa hoc cua thép 40X
Mac
thép
C
Si
Mn
GOST
4543
40X

0,360,44

0,170,37

0,500,80

P

S

980

Cu

<0,035 <0,035 0,8-1,1 <0,3

Mac thép tương đương thép tròn đăc 40X
Độ bên kéo Giới han
Mac thép
(Mpa)
chay
Độ dan dai
(Mpa)
%
40X

Cr

785

10
5

Ni
<0,3

Tỷ lệ độc

Nhiệt luyện

45

Tôi dầu
860ºC, lam
cưng 500ºC


Thép 40X (40Cr)
Chương 3: Phương phap chê tao san phâm
1. Các phương pháp chế tạo.
- Đê chê tao cũng như gia cơng banh răng cac loai có kha nhiêu phương phap.
Song mỗi một phương phap lai có một ưu – nhược điêm khac nhau. Tùy vao nhu
cầu sư dung ma người công nhân sẽ ap dung cac phương phap chê tao khac nhau,
ºphù hợp nhất với san phâm. Nhưng phương phap hay dùng nhất đê gia công
banh răng la phay định hình va phay bao hình.
A. Phương pháp định hình.
①Phương phap phay định hình.
Phay răng bằng phương phap định hình được tiên hanh bằng dao phay định hình
ma profin(biên dang) cua nó phù hợp với profin cua banh răng. Dao phay được
sư dung la dao phay đĩa modun hay dao phay ngón modun.
Sau khi phay xong một ranh răng, vât được quay đi một bước với góc
α=360º/z
(trong đó z la số răng cua banh răng cần phay) đê phay ranh tiêp theo.
6


a, dao phay đĩa modun
b, dao phay ngón modun
Tuy nhiên, với phay răng định hình lai đat được độ chinh xac thấp, banh răng
sau gia công vẫn tôn tai những sai số biên ranh va chia độ nên chỉ được ap dung
đê gia cơng những banh răng có u cầu kĩ tht khơng qua cao.
②Phương phap xoc răng định hình.

- Ưu điêm: dung cu đơn gian.
- Nhược điêm: năng suất thấp do thời gian chay không va hiệu chỉnh qua lớn
nên it được ap dung, thich hợp san suất đơn chiêc, thư nghiệm.
③Phương phap chuốt răng định hình.
-Đây la phương phap cho năng suất va độ chinh xac cao. Phương phap nay
được sư dung trong san suất hang loat lớn va hang khối. Theo phương phap nay
dao chuốt có biên dang giống biên dang cua ranh răng. Sau một hanh trình cua
dao chuốt thì biên dang cua một hoăc nhiêu ranh răng cùng được tao ra một lúc
banh răng được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân độ. Phương phap nay chuốt
toan bộ cac răng cùng một lúc rất it dùng vì kêt cấu dao chuốt phưc tap, kha
năng thoat phoi kém, lực cắt lớn.

Ưu điểm
Năng suất va độ chinh xac cao
Có thê san xuất hang loat lớn, hang loat khối
7




Có thê chuốt một hoăc nhiêu ranh răng cùng lúc.
Nhược điểm:
Lực cắt khi chuốt lớn

B. Phương pháp cắt răng theo nguyên lý bao hình.
①Phay lăn răng.
- Chuyên động quay cua dao va chuyên động quay cua chi tiêt phai nằm trong
xich trun động cua bao hình.
+Gia cơng trên may phay chuyên dùng.
+Dao phay quay, cắt liên tuc va tịnh tiên.

+Có thê phay thuân hoăc phay nghịch.
+Dao phay chê tao phưc tap, gia thanh cao.

8


②Xoc răng.
Xoc răng bao hình có thê thực hiện bằng dao dang banh răng (hình châu) hay
dao dang thanh răng (hình lược) trên may xoc bao hình.
a/ Xọc bằng dao xọc bánh răng.
Lăp lai chuyên động ăn khớp cua 2 banh răng
Tỷ số truyên trong chuyên động cua dao: nct/nd = Zd/Zct









Chuyển động tạo hình
Chuyên động lên xuống cua đầu dao đê gia công hêt bê rộng răng.
Chuyên động tiên dao hướng kinh đê gia công đat chiêu cao răng.
Chuyên động nhường dao.
Đặc điểm
Độ chinh xac cao, dễ chê tao chinh xac.
Phương phap duy nhất gia công banh răng nhiêu bâc ma khoang
cach giữa cac bâc nhỏ
Năng suất không cao.

9


b/ Xọc bằng dao xọc răng lược
Dao dễ chê tao chinh xac.
May phưc tap vê măt động hoc
Năng suất không cao do vân tốc va quan tinh đầu dao.

3. Quy trình cơng nghệ sản suất bánh răng.
-Banh răng 64T

10


＊.Mơ ta trình tự ngun cơng.
a. Ngun cơng 1: Chn bị va cắt phôi.
- Chon phôi:
Kich thước théo tiêu chuân cua hang: 40x9x6mm
-Cắt phôi: Ta chon may cắt CNCGantry type flame plasma 2000.
11


-Dung sai kich thước: 1-3mm, độ nham bê măt: Rz40.

b. Nguyên công 2: Tiện tinh đầu 1
Yêu cầu kĩ thuât: lam cùn mép sắc cua phôi, cac thông số kĩ thuât đa chuân
xac.
1. Sư dung thiêt bị: may tiện CNC
2. Dung cu: dao tiện + mũi khoang 20

3. Dung cu kiêm tra: thước căp + đông hô.
c, Nguyên công 3: Tiện tinh đầu 2
-Hoan thiện phôi kĩ hơn va kiêm tra lai thông số kĩ thuât cua phôi 1 lần nữa
trước khi vao nguyên công tiêp theo.
-Yêu cầu kỹ thuât: Kich thước đat: 90mm
Dung sai: 0,05mm
Độ nham : Rz20
d, Nguyên công 4: Nguội
-Đê phôi nguội rôi ta mới cho vao qua trình ngun cơng tiêp theo, điêu nay
giúp cho cơ tinh cua thép lam phôi được đam bao tốt va tranh được hiện tượng
không tốt đên san phâm.
e, Nguyên công 5: Chuốt then.
12


* Thông số kĩ thuât may chuốt then:
- lực kéo: 10 tấn
- chiêu dai hanh trình: + lớn nhất 1400mm
+ nhỏ nhất 120mm
-số vịng quay: 1000(vg/ph)
-động cơ điện cơng suất: 6 kw
-tốc độ hanh trình lam việc: + lớn nhất 3,4(m/vg)
+ nhỏ nhất 0,5(m/vg)

* chon vât liệu lam dao chuốt: với vât liệu gia công la thép 40X ( thép hợp kim
crơm) có độ bên kéo lên đên 980(MPa) ta chon vât liệu lam dao chuốt la thép
gió P18.
* chon sơ đô chuốt: đê chuốt ranh then ta chon sơ đơ chuốt ăn dần la hợp ly vì
sơ đơ chuốt ăn đần có ưu điêm la việc chê tao răng dao đơn gian hơn nhiêu so
với sơ đô chuốt theo lớp. Tuy nhiên độ chinh xac va độ nhẵn bê cua măt gia

công đat được thấp hơn.
* xac định lượng d gia công.
Lượng d khi chuốt phu thuộc vao yêu cầu công nghệ chất lượng bê măt gia công
va dang gia cơng bê măt đó.
f, Ngun cơng 6: Phay răng va Khoan 8 lỗ Ф 9.
-Phương phap: khoan
+Định vị: 3 bâc tự do trên ban may khoan. Ra ga bằng đông hô so đê lấy vị tri lỗ
đúng giữa cac khoang
+Gia công 8 lượt.
-Chê độ khoan:
Khoan trên may khoan K125
Dung cu: mũi khoan thép gió
13


-Chê độ cắt:
v= 100m/p,S= 0,5mm/ vòng
Ф1= 9mm
-Kich thước đat: Ф9
Dung sai: 0,1 mm
Độ nham : Rz20
-xac định số răng cần phay
*răng cắt thô: răng cắt thô lam nhiệm vu cắt đi phần lớn lượng d gia công số
lượng răng cắt thô.
*răng cắt tinh: lam nhiệm vu cắt hêt lượng d cịn lai nâng cao độ chinh xac gia
cơng, la phần dự trữ mai lai cho răng cắt thô va giam rung động khi cắt.
*răng sưa đúng: lam ngiệm vu tăng độ nhẵn va độ chinh xac bê mắt gia công, số
răng sưa đúng được chon theo cấp chinh xac cua bê măt gia công va kiêu dao
chuốt.
g, Nguyên công 7: Tôi tần số.

-Tôi cao tần cũng la một trong cac phương phap nhiệt luyện lam thay đổi tổ
chưc, từ đó biên đổi cơ tinh va cac tinh chất khac theo nhu cầu sư dung cua con
người.
-Nguyên ly nung nhiệt cua tôi cao tần la dựa trên hiện tượng cam ưng điện từ,
dùng sưc nóng cua dịng điện tao ra trên bê măt chi tiêt, khi chi tiêt đăt trong một
từ trường biên thiên. Va chiêu sâu lớp bê măt có dòng điện chay qua tỷ lệ thuân
với tấn số f.

14


-Cac phương phap tơi cao tần như sau:




Nung nóng va lam nguội toan bê măt, ap dung cho cac chi tiêt, bê măt tơi
nhỏ.
Nung nóng va lam nguội tuần tự, từng phần riêng biệt thường ap dung cho
tôi banh răng, va truc khuỷu
Nung nóng va lam nguội liên tuc liên tiêp va thường ap dung cho cac chi
tiêt dai.

*Tổ chức:
Tổ chưc nhân được sau tơi la Mactenxit có độ cưng cao

Nhiệt độ chuyên biên pha được nâng cao lên, do vây độ tôi phai lấy cao
hơn tôi thê tich từ 100 - 200°C.

Đê đam bao hat nhỏ va mịn thì sau khi tơi phai ram cao.

*Cơ tính:


Bê măt vât liệu có thê đat độ cưng từ 45 - 62 HRC tùy thuộc va từng vât
liệu.

Bên trong lõi vẫn đam bao dẻo dai với độ cưng khoang 15 - 30HRC
=> Chinh vì vây ma chi tiêt sau khi tơi cao cần có độ cưng cao, vừa chịu được
ma sat mai mịn, vừa chịu được tai trong tĩnh hay va đâp cao, rất thich hợp với
banh răng, truc truyên,.... Ngoai ra chi tiêt tơi cao tần cịn có thê chịu được mỏi
va chịu uốn xoắn tốt.


* Ưu điểm:
15







Năng suất cao do thời gian tăng nhiệt nhanh
Chất lượng tốt, tranh được cac hiện tượng oxi hóa bê măt, han chê biên
dang cong vênh.
Chi tiêt sau khi tôi cao tần chịu được ma sat, mai mòn, chịu uốn xoắn tốt.
Dễ cơ khi hóa va tự động hóa.

* Nhược điểm:
Khó ap dung cho cac chi tiêt phưc tap, có biên dang không đông đêu,....


Không tôi cao tần được một số loai thép có tinh hợp kim cao như SKD,....

Tơi cao tần thường ap dung tốt cho thép có ham lượng cacbon trung bình
như C45, hay 40Cr, …
h, Ngun cơng 8: hoan thiện san phâm.
-kiêm tra lai cac thông số kĩ thuât va lam sach san phâm.


-Lam sach cac bê măt, bavia gia công đê chi tiêt lên măt phẳng sach.
-Đo cac kich thước thẳng, đường kinh bằng thước căp.
-Dung cu: dũa tay, may mai
+Thước căp: chiêu dai 1000mm
+Banh răng mẫu.
i, Nguyên công 9: bao quan
- Bao quan nơi khô giao, thoang mat .

Chương 4: - Phương phap xư ly nhiệt cho san phâm đa chon.
Phương pháp xử lý nhiệt:Tôi tần số ( Inductioning)
1.Nguyên lý chung về Tôi cao tần.
-Tôi cao tần cũng la một trong cac phương phap nhiệt luyện lam thay đổi tổ
chưc, từ đó biên đổi cơ tinh va cac tinh chất khac theo nhu cầu sư dung cua con
người.
-Nguyên ly nung nhiệt cua tôi cao tần la dựa trên hiện tượng cam ưng điện từ,
dùng sưc nóng cua dòng điện tao ra trên bê măt chi tiêt, khi chi tiêt đăt trong một
từ trường biên thiên. Va chiêu sâu lớp bê măt có dịng điện chay qua tỷ lệ thuân
với tấn số f.
2. Chiều dày lớp tôi cứng.
16




Như cac ban đa biêt rất rõ vê tôi thê tich. Đối với tơi thê tich thì chiêu sâu
cua lớp tôi cưng la gần như toan bộ thê tich chi tiêt từ ngoai vao trong.
Cịn đối với tơi cao tần thì Tần số cua dịng điện qut định đên chiêu day
lớp nung nóng cho nên quyêt định đên chiêu sâu lớp tôi cưng. Va thông
thường với phương phap tôi cao tần người ta sẽ ap dung cho cac chi tiêt chỉ
cần bê măt cưng đê chịu mai mòn tốt, va bên trong vẫn đam bao deo dai,
vây nên thường chiêu sâu lớp tôi cưng bằng 20% diện tich.

3. Các phương pháp tôi cao tần
-Tùy thuộc vao vât liệu va muc đich sư dung ma có cac phương phap tơi cao tần
như sau:




Nung nóng va lam nguội toan bê măt, ap dung cho cac chi tiêt, bê măt tơi
nhỏ.
Nung nóng va lam nguội tuần tự, từng phần riêng biệt thường ap dung cho
tơi banh răng, va truc khuỷu
Nung nóng va lam nguội liên tuc liên tiêp va thường ap dung cho cac chi
tiêt dai.

4. Tổ chức và tính chất của thép sau khi tôi cao tần
*Tổ chức:
Tổ chưc nhân được sau tơi la Mactenxit có độ cưng cao


Nhiệt độ chun biên pha được nâng cao lên, do vây độ tôi phai lấy cao
hơn tôi thê tich từ 100 - 200°C.

Đê đam bao hat nhỏ va mịn thì sau khi tơi phai ram cao.
*Cơ tính:





Bê măt vât liệu có thê đat độ cưng từ 45 - 62 HRC tùy thuộc va từng vât
liệu.
Bên trong lõi vẫn đam bao dẻo dai với độ cưng khoang 15 - 30HRC
17


=> Chinh vì vây ma chi tiêt sau khi tơi cao cần có độ cưng cao, vừa chịu được
ma sat mai mòn, vừa chịu được tai trong tĩnh hay va đâp cao, rất thich hợp với
banh răng, truc truyên,.... Ngoai ra chi tiêt tơi cao tần cịn có thê chịu được mỏi
va chịu uốn xoắn tốt.
5. Phân tích ưu nhược điểm của Phương pháp tôi cao tần.
* Ưu điểm:





Năng suất cao do thời gian tăng nhiệt nhanh
Chất lượng tốt, tranh được cac hiện tượng oxi hóa bê măt, han chê biên
dang cong vênh.

Chi tiêt sau khi tôi cao tần chịu được ma sat, mai mòn, chịu uốn xoắn tốt.
Dễ cơ khi hóa va tự động hóa.

* Nhược điểm:




Khó ap dung cho cac chi tiêt phưc tap, có biên dang khơng đông đêu,....
Không tôi cao tần được một số loai thép có tinh hợp kim cao như SKD,....
Tơi ca0 tần thường ap dung tốt cho thép có ham lượng cacbon trung bình
như C45, hay 40Cr, ...

Chương 5: - Kêt luân.
-Qua thời gian nghiên cưu va tìm hiêu với sự hướng dẫn cua thầy Vũ Huy Lân
em đa hoan thanh nội dung cua bai tâp lớn va cũng hoc được rất nhiêu điêu bổ
ich đó la kiên thưc cũng như la kinh nghiệm ma thầy truyên đat.
-Trên đây em đa trình bay quy trình cơng nghệ chê tao banh răng theo đúng
u cầu kĩ thuât đang bao yêu cầu vê kinh tê va ưng dung vao san suất. Tuy
nhiên cũng chưa hẳng la đa tối ưu nhất ma nó cịn phai trai qua việc kiêm tra
tinh kha thi cua nó trước khi được đưa vao đê san suất hang loat.
18