Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành cơ khí chế tạo máy ĐH GTVT HN

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

MỤC LỤC

1

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

DANH MỤC HÌNH VẼ , BẢNG BIỂU

2

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

LỜI NÓI ĐẦU
Trước yêu cầu phải đẩy nhanh quá trình CNH – HĐH của nhà nước đối với ngành
Cơ khí nói chung ,ngành Công nghệ chế tạo cơ khí nói riêng.Chúng ta phải đẩy mạnh
nghiên cứu ,tìm hiểu đưa ra những phương án thiết kế ,chế tạo ra những sản phẩm cung
cấp cho thị trường.Có như thế nền công nghiệp nước ta mới thực sự được phát triển.
Hệ thống các đăng trong cơ khí có rất nhiều ứng dụng quan trọng,đặc biệt trong
-ngành ô –tô .Nghiên cứu và phát triển chế tạo nó là một bước đi lớn trong nền Cơ khí
hiện nay.Vì vậy , sau thời gian học tập tại trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, dưới sự
giúp đỡ của thầy Th.S Trương Nguyễn Trung, em đã chọn và được giao làm đề tài tốt
nghiệp:“Tìm hiểu hệ thống các đăng trong chuyển động cơ khí ,Nghiên cứu thiết kế
,tính toán trục chữ thập của ô-tô”.

Nội dung đồ án gồm 5 chương.
Chương 1: Tìm hiểu về hệ thống Các đăng
Chương 2: Cấu tạo,công dụng và yêu cầu kĩ thuật của trục chữ thập
Chương 3: Vật liệu và phương pháp chế tạo phôi
Chương 4: Quy trình công nghệ chế tạo trục chữ thập
Chương 5 :Thiết kế đồ gá tiện xén mặt đầu và khoan lỗ tâm – Khoan lỗ dọc trục.
Được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Giao Thông
trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.S
Trương Nguyễn Trung,giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Do những hạn chế về tài
liệu, thời gian nghiên cứu và kinh nghiệm thực tế nên đồ án tốt nghiệp của em khó tránh
khỏi được những sai sót và khiếm khuyết. Em rất mong nhận sự chỉ dẫn tận tình của thầy
cô và sự góp ý chân thành của bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn!

3

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG CÁC ĐĂNG
1.1 Những yêu cầu cơ bản và phân loại trục các đăng
Truyền động các đăng bao gồm ba bộ phận chính: khớp các đăng, trục các đăng và
các ổ đỡ
Truyền động các đăng cần đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
- Đảm bảo độ đồng đều tốc độ giữa trục vào và trục ra
- Có hiệu suất cao
- Độ rung và độ ồn trong quá trình làm việc là tối thiểu
- Tuổi thọ cao

Truyền động các đăng được phân loại theo các dấu hiệu sau:
- Theo số khớp các đăng: một khớp, hai khớp, ba khớp,..
- Theo loại khớp các đăng: khớp đồng tốc, khớp các đăng khác tốc, khớp các đăng khác
tốc, khớp mềm, khớp cứng
Khớp các đăng khác tốc có trục chủ động và trục bị động quay với các tốc độ khác nhau,
còn ở khớp các đăng đồng tốc trục chủ động và trục bị động quay cùng một tốc độ.

Hình 1.1 Sơ đồ truyền động các đăng
Trên ô tô sử dụng chủ yếu các khớp các đăng cứng dạng chữ thập.
Khớp mềm có các bộ phận đàn hồi bằng lò so đảm bảo làm việc êm hơn.

4

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Trên hình 1.1a là kết cấu của truyền động các đăng điển hình sử dụng trên các loại
ô tô có cầu sau chủ động. Công suất được truyền từ hộp số 1 tới cầu chủ động 5 qua hai
trục 2 và 4 cùng với ba khớp các đăng, trong đó trục 2
được lắp trong ổ đỡ trung gian 3.
Ô tô hai cầu chủ động có hệ thống truyền lực (HTTL) thể hiện trên hình 1.1b bao
gồm 3 bộ truyền động các đăng nối giữa hộp số chính 1 với hộp phân phối 6 và từ hộp
phân phối tới cầu trước và cầu sau. HTTL của ô tô ba cầu chủ động có thể được thể hiện
theo hai phương án. Phương án thứ nhất (hình 1.1c) công suất được truyền từ hộp số 1 tới
hộp phân phối 6 qua truyền động các đăng 2. Tại hộp phân phối công suất được chia làm
ba dòng và dẫn tới các cầu chủ động nhờ các truyền động các đăng. Trên ô tô hiện đại
ngàynay thường sử dụng HTTL có sơ đồ như trên hình 1.1d, trong đó có cầu giữa là cầu
thông qua, cho phép truyền chuyển động qua nó tới cầu sau. Phương án này cho phép
giảm số lượng các trục các đăng nên nó có kết cấu gọn hơn. Để dẫn động bánh xe chủ

động của cầu dẫn hướng, người ta thường sử dụng sơ
đồ như trên hình 1.1e. Công suất được truyền từ truyền lực chính 5 tới bánh xe chủ động
qua bộ truyền các đăng gồm các trục và ba khớp các đăng 12 .
1.2 Vị trí và kết cấu của hệ thống đăng trong truyền lực ô tô

Hình 1.2 Vị trí của hệ thống đăng trong truyền lực ô tô
5

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

Hình 1.3 Kết cấu cụm trục các đăng
Các nạng các đăng được chế tạo liền với các mặt bích dùng để nối truyền động các
đăng với các bộ phận khác (hộp số và cầu chủ động).
Mối ghép then hoa dạng trượt được chế tạo từ thép hợp kim 20, 15, 12 và tôi thấm
ni tơ với độ sâu tới 1,2mm, hoặc bằng thép các bon 55 tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần.
Độ cứng bề mặt sau khi gia công xong phải đạt 61÷64 HRC tại các vị trí lắp ổ bi.

Tại các đầu của trục chữ thập có lắp các cốc 4 cùng với viên bi kim 2, các viên bi
được chặn bởi vòng hãm 5. Ổ bi được làm kín bởi nhờ vòng đệm 6. Ổ bi củakhớp chữ
thập được bôi trơn bằng cáchbơm mỡ qua vú mỡ ở giữa khớp và theo các lỗ khoan trong
các trục chữ thập.
6

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

Thân trục các đăng có dạng ống với các nạng được hàn vào các đầu trục hoặc hoặc
một đầu có nạng còn đầu kia là then hoa. Các ống của trục các đăng được được chế tạo từ
thép tấm bằng cách uốn tròn thành ống và hàn mép hoặc sử dụng dạng thép hình ống
chuyên dụng. Vật liệu chế tạo trục là thép các bon thấp (thép 20). Đường kính của trục
các đăng thường được tiêu chuẩn hóa. Các then hoa được chế tạo từ thép hợp kim 40X và
tôi cao tần để đạt độ cứng bề mặt từ 44,5÷46,5 HRC
Trục các đăng cần được cân bằng động để giảm tối đa rung động khi nó làm việc.
Nếu truyền động các đăng có 2 trục thì việc cân bằng động phải được thực hiện đồng thời
cho cả 2 trục. Trong quá trình cân bằng động, để tạo đối trọng người ta thường hàn thêm
các tấm kim loại lên thân trục các đăng ở vị trí mất cân bằng.
1.3 Động học khớp các đăng
1.3.1 Động lực học khớp các đăng khác tốc
Khi hai trục được nối với nhau bởi một khớp các đăng khác tốc thì khi trục vào
quay với vận tốc góc không đổi, trục ra sẽ quay không đều. Điều này được lý giải bởi kết
cấu không gian phức tạp của khớp các đăng chữ thập.

Hình 1.3 Sơ đồ các phương án bố trí các truyền động các đăng
7

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Trên hình 1.3 thể hiện hai vị trí đặc trưng của khớp chữ thập: ở vị trí thứ nhất trục
O1O2 (trục quay tương đối của khớp chữ thập) nằm trong mặt phẳng hình vẽ, còn chữ
thập thì nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục 1(hình 1.3a). Vị trí thứ 2 (hình 1.3b)
ứng với vị trí của trục O1O2 vuông góc với mặt phẳng hình vẽ, còn mặt phẳng chứa chữ
thập thì vuông góc với trục 2. Trục O1O2 quay trong mặt phẳng vuông góc với trục 1.
Nếu biểu diễn các vận tốc tiếp tuyến của các điểm C1 và C2 thông qua các vận tốc góc
của các trục 1 và 2 ta có:

vc = ω1r1 = ω2r2 = vc2
1

Các bán kính r1 và r2 của các điểm C1 và C2 ở các vị trí trên đã được xác định như
sau: r2 = r1cosγ và r1 = r2cosγ . Như vậy ở vị trí thứ nhất: ω2 = ω1 / cosγ và ở vị trí thứ hai: ω2 = ω1cosγ .
Đối với các vị trí trung gian của chữ thập thì vận tốc góc của trục 2 nằm trong khoảng
c

ω1γ > ω2 > ω1cosγ . Kết quả trên cho thấy các trục 1 và 2 không quay cùng một vận tốc góc.

Quan hệ giữa các góc quay của các trục 1 và 2 được xác định theo biểu thức sau:
tgϕ1 = tgϕ2 cosγ
Mức độ không đồng tốc giữa các trục càng lớn nếu góc γ càng lớn. Vì vậy, khi ôtô
chở đúng tải trọng định mức thì góc đặt của các trục các đăng không được vượt quá 30 đối
với ôtô con, 40 đối với ôtô tải và ôtô chở khách và 80 đối với ôtô có tính năng việt dã cao.
Đồng thời góc γ cũng không được phép nhỏ hơn 10 để tránh hiện tượng kẹt các viên bi kim
trên các bề mặt tiếp xúc.
Khi thiết kế các bộ truyền động các đăng với các khớp chữ thập cần lưu ý khả năng
đồng đều tốc độ giữa trục vào và trục ra. Trên hình 1.3-c, d là các truyền động các đăng 2
khớp chữ thập, ta có thể viết các biểu thức quan hệ giữa góc quay của các trục như sau:
- Ở khớp chữ thập thứ nhất:

tgϕ1 = tgϕ2 cos γ1 ;

- Ở khớp chữ thập thứ hai:

tgϕ3 = tgϕ2 cosγ 2 .

Như vậy, để đảm bảo cho các trục 1 và 3 quay cùng một tốc độ thì cần thỏa mãn các điều
kiện sau:

1) Các nạng của trục 1 và trục 3 phải nằm trong cùng một mặt phẳng;
8

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
2) Các góc γ1 =γ 2 .
Tương tự như vậy, trong trường hợp truyền động các đăng có 3 khớp chữ thập
(hình 1.3-e), các trục 1 và 4 quay cùng tốc độ nếu: cos γ1 cosγ 2 = cosγ3 . Trong sơ đồ này, trục
3 có các nạng nằm trong cùng một mặt phẳng, còn các nạng của trục 2 thì vuông góc với nhau.
Nếu quay nạng bên phải của trục 2 đi một góc 900 thì điều kiện đồng
tốc trở nên: cosγ1 cosγ3 = cosγ 2 .
Trong quá trình chuyển động của ôtô các góc γ 2 ,γ3 có thể thay đổi trong khi γ1 không
đổi, do vậy, trên thực tế việc đồng tốc giữa các trục 1 và 4 là không thể thực hiện được. Tuy nhiên
có thể giảm sự khác tốc của các trục trên bằng cách giảm góc γ1 ( thường chọn γ1 =1÷ 20 ).
Trong truyền động các đăng 4 khớp chữ thập có ổ đỡ trung gian (hình 6.3-f, g) các
trục vào 1 và ra 5 có thể đồng tốc được theo nguyên tắc đồng tốc từng cặp khớp các đăng
chữ thập như đã trình bày trên đây, nghĩa là: trục 1 đồng tốc với trục 3 và trục 3 đồng tốc
với trục 5.
Nếu các góc đặt của trục các đăng nằm trong các mặt phẳng vuông góc với nhau thì góc đặt
chung của trục được tính bằng cách tổng hợp các góc trong mặt phẳng ngang γ n và trong
mặt phẳng đứng γ
Góc đặt của trục các đăng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của truyền động. Đối với
truyền động các đăng với 2 khớp chữ thập, hiệu suất có thể đạt tới 0,99 nếu góc γ nhỏ hơn 80
. Nếu góc γ tăng lên tới 140 thì hiệu suất chỉ còn 0,95 và các ổ bi sẽ phải làm việc ở chế độ nặng
(nhiệt độ cao, tốc độ mài mòn lớn).
1.3.2 Động lực học khớp các đăng đồng tốc
Các khớp các đăng đồng tốc thường được sử dụng trong dẫn động cầu dẫn hướng
chủ động và dẫn động các bánh xe chủ động trong trường hợp hệ thống treo độc lập, chúng

có thể đảm bảo góc nghiêng giữa các trục tới 500 .
Trên các ôtô hiện nay thường sử dụng một số loại khớp các đăng đồng tốc như:
khớp chữ thập kép, khớp các đăng cam và khớp các đăng dạng bi. Trong đó khớp các
đăng bi được sử dụng phổ biến hơn cả.
Các khớp các đăng dạng bi bao gồm 2 nạng, bên trong các nạng này có các rãnh với
9

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
biên dạng xác định để bố trí các viên bi. Điều kiện đồng tốc của các khớp các đăng này
được giải thích trên sơ đồ hình 1.4

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý làm việc của khớp các đăng đồng tốc dạng bi
Giả sử có 2 bánh răng côn ăn khớp với nhau có điểm tiếp xúc là P nằm trong mặt
phẳng phân giác của góc tạo bởi các trục 1 và 2 của các bánh răng.
Xét vận tốc tiếp tuyến tại điểm tiếp xúc P ta có:
vp = ω1r1 = ω2r2

Do điểm P nằm trong mặt phẳng phân giác của góc tạo bởi 2 trục, nên luôn thỏa
mãn điều kiện r1 = r2 và vì vậy: ω1 = ω2 . Điều này có nghĩa là các trục 1 và 2 luôn quay đồng
tốc với nhau. Các khớp các đăng đồng tốc dạng bi đều được chế tạo dựa trên nguyên lý trên.

Hình 1.5 Khớp các đăng bi với các rãnh chia
a, b-cấu tạo; c-sơ đồ nguyên lý đồng tốc giữa các trục
Trên hình 1.5 là kết cấu của khớp các đăng đồng tốc có các rãnh chia.
10

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Khớp bao gồm các trục 1 và 5, ở đầu mỗi trục là các nạng hình bán cầu phía trong có
khoét các rãnh 2 và 4. Khi lắp vào với nhau, các nạng được bố trí trong các mặt phẳng
vuông góc và giữa chúng là các viên bi cầu 3. Để định tâm các nạng người ta sử dụng chốt
7 và viên bi định tâm 6: một đầu của chốt nằm trong tâm của nạng 4, đầu còn lại nằm
trong viên bi 6. Một số khớp các đăng có cấu tạo tương tự như trên nhưng không có chốt
7. Các rãnh trong các nạng được thực hiện sao cho đường tâm của chúng chạy trên các cung
tròn có bán kính bằng nhau và có tâm là 01 và 02 . Hai tâm này nằm cách đều tâm O của
viên bi định tâm 6 (đồng thời là tâm của khớp). Với kết cấu như vậy, dù cho các trục 1 và
5 tạo với nhau một gócγ bất kì nào đó thì các viên bi 3 vẫn luôn nằm trong mặt phẳng phân
giác chia đôi góc này (hình 1.5-c). Như vậy các trục 1 và 5 luôn quay đồng tốc với nhau
theo nguyên tắc đã trình bày trên đây.
Khớp các đăng đồng tốc dạng rãnh chia mô tả trên đây thường có 4 viên bi tỳ 3 và
1 viên bi định tâm 6. Các viên bi tỳ được lắp với độ căng ban đầu nhất định, trước khi lắp
chúng được lựa chọn để có kích thước giống nhau trong phạm vi dung sai cho phép. Khớp
các đăng loại này có thể truyền được mô men từ 1,34 đến 7,60 kNm.
Một trong những biến thể của khớp các đăng đồng tốc dạng rãnh chia là khớp các
đăng với các rãnh thẳng (hình 1.6). Khớp này cho phép các trục làm việc với các góc khác
nhau đồng thời cho phép có độ dịch chuyển dọc trục ( l1 là kích thước tối thiểu của khớp
khi nó bị nén, còn l2 là kích thước tối đa khi khớp bị kéo ra).
Trên hình 1.7 mô tả kết cấu của khớp các đăng bi với các rãnh có tiết diện thay
đổi. Nó bao gồm lõi 1, vòng cách 2, các viên bi 3 và vỏ dạng bán cầu 4. Các tâm của các
rãnh trên lõi và trên vỏ là O1 và O2 nằm cách đều tâm O của khớp các đăng. Do vị trí của
các đường tâm của các rãnh so với tâm O của khớp thay đổi theo góc giữa các trục sao
cho các viên bi luôn nằm trong mặt phẳng phân giác của góc này nên điều kiện đồng tốc
luôn luôn được bảo đảm.

11

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

Hình 1.6 Khớp các đăng bi với các rãnh thẳng

Hình 1.7 Khớp các đăng bi với các rãnh có tiết diện thay đổi
Các khớp chữ thập kép được tính toán tương tự như các khớp các đăng khác tốc đã
trình bày trên đây. Các khớp các đăng dạng cam được tính kiểm tra bền theo chèn dập tại
các bề mặt tiếp xúc, tuy nhiên ứng suất ở đây thường không lớn do các diện tích tiếp xúc rất
rộng. Các nạng của các khớp các đăng này cũng được tính toán tương tự như các nạng trong
khớp chữ thập.
Các nạng và các viên bi của khớp các đăng đồng tốc được chế tạo từ thép hợp kim
15 có tôi thấm bề mặt.

12

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

CHƯƠNG II: CẤU TẠO, CÔNG DỤNG VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA
TRỤC CHỮ THẬP.
2.1 Cấu tạo trục chữ thập.

Hình 2.1 Trục chữ thập.
Trục chữ thập hay còn gọi là khớp nối trục các đăng, là một loại trục đặc biệt vì nó không

có chuyển động quay tròn theo một hướng mà nó chính là một bộ phận trong kết cấu trục
các đăng giúp chuyển hóa chuyển động quay.
13

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Khớp nối chữ thập cơ bản gồm 2 phần chính, là thân chữ thập và bốn cốc bi lắp vào đầu
của bốn đỉnh của thân chữ thập.

Hình 2.2 cấu tạo của khớp chữ thập
Bên trong cốc chữ thập có các viên đũa nhỏ và dài xếp khít nhau sao cho vừa vặn với lòng
trong của cốc để tạo nên một con lăn tròn ôm khít lấy đỉnh thân chữ thập. Cốc chữ thập
cũng có nhiều loại, tròn, tròn có tai liền, tròn có tai rời, vuông có tai...
Khớp nối chữ thập được sử dụng rất nhiều trong:
Công nghiệp ô tô
Máy công trình
Nông nghiệp...
2.2 Công dụng của trục chữ thập.
Trục chữ thập là một chi tiết nằm trong cụm truyền động các đăng. Dùng để truyền mô
men xoắn từ hộp số tới cầu chủ động. Hay từ hộp phân phối tới cầu chủ động, hoặc truyền
công suất cho các bộ phận khác. Trục chữ thập cùng với truyền lực các đăng truyền

14

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

chuyển động từ trục này sang trục khác mà góc độ giao nhau của hai trục đó trong quá
trình xe chạy.
2.3 Điều kiện làm việc của trục chữ thập.
Do quá trình làm việc truyền động, các đăng luôn phải truyền mô men từ trục này sang
trục khác nên chi tiết trục chữ thập luôn làm việc trong điều kiện mô men uốn, mô men
xoắn lớn, và đặc biệt là tải trọng động thay đổi theo thời gian, khả năng bị mài mòn bề
mặt cao.
Ngoài ra trục chữ thập còn được dùng trong bộ vi sai truyền lực chính. Vi sai thực hiện sự
sai lệch tốc độ quay các trục bánh xe khi chuyển động trên đường vòng, đường gồ ghề
( hai bánh xe quay với tốc độ khác nhau ). Đảm bảo dễ điều khiển hướng chuyển động và
không gây ra mài mòn lốp xe. Hạn chế sự trượt quay ở bánh xe, khi chênh lệch tốc độ góc
giữa các bánh xe trên cùng một cầu, tạo điều kiện lực bám và nâng cao tính kinh tế của
nhiên liệu.
2.4 Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết.
Trục chữ thập có tính đối xứng cao, bề mặt gia công chủ yếu là mặt trụ và lỗ. Do yêu
cầu chi tiết làm việc chính xác, êm, ít rung nên yêu cầu trục có độ chính xác cao, độ bóng
-

lớn:
Độ lệch của đường tâm trục của các ngõng trong cùng một mặt phẳng không lớn
hơn0,03(mm).

-

Độ không đồng tâm giữa 2 ngõng trục không quá 0,02 ( mm )
Độ ô van của các ngõng trục không lớn hơn 0,007 (mm) và độ bóng các ngõng trục không

-

thấp hơn ∇8 ΓOGT 2789-59.

Bề mặt chi tiết phải nhẵn mịn không rạn nứt chân chim, độ đảo mặt đầu ngõng trục trên

-

đường kính không lớn hơn 0,025 (mm).
Độ vuông góc giữa đường tâm trục với mặt đầu < 0,02 (mm).
Tôi và ram đạt độ cứng 241-285HB. Bề mặt làm việc chủ yếu là mặt trụ. Độ bóng bề mặt
trụ đạt ∇8 - ∇9.
2.5 Các loại khớp chữ thập
Trục chữ thập có rất nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào từng nhu cầu sử dụng .Đặc
điểm rõ nét nhất là vị trí đặt vú mỡ ( có thể đặt ở giữa trục chữ thập - Hình 2.3a, đặt
15

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
trực tiếp ở cốc bi –Hình 2.3 b,hoặc cạnh gần vai trục chữ thập – Hình 2.3 c …. ) Một
số loại trục chữ thập phổ biến hiện nay như :

Hình 2.3 -a

Hình 2.3-b

Hình 2.3-c

16

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52

Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

CHƯƠNG III : VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO PHÔI
3.1 Vật liệu chế tạo phôi.
Do chịu tải trọng động phức tạp uốn và xoắn đồng thời thay đổi theo thời gian. Bề mặt
làm việc chủ yếu là bề mặt ngoài, khả năng mài mòn lớn, ma sát cao, dẫn đến sinh nhiệt
lớn. Vì vậy yêu cầu vật liệu trục phải đảm bảo yêu cầu khả năng chịu tải trọng phức tạp,
chịu mài mòn, khả năng thoát nhiệt lớn, cơ tính mặt ngoài tốt, trong dẻo dai. Với yêu cầu
đó, ta chọn thép hợp kim 40Cr. Để tăng khả năng chống mài mòn bề mặt nhiệt luyện : Tôi
và ram thấp để cải thiện độ rắn.
HB = 241 – 285.
σb = 850 Mpa.
σc = 580 Mpa.
Thành phần của thép :
C
0,4-0,5

Si
0,17-0,37

Mn
0,5-0,8

S
0,045

P
0,045

Ni
0,3

Cr
0,3

Ngoài ra còn sử dụng một số loại thép thay thế như: Thép Cacbon 35-40-50-55, thép hợp
kim 15X ; 15XΓ ; 25XMφ ; 12X2H4A ; 40X ; 30XΓC. ( Theo TCVN 15Cr ,15CrMn ,
25CrMoV ,Thép chất lượng cao 12Cr2Ni ,40Cr ,30CrMnSi )
3.2 Phương pháp chế tạo phôi.
Trong ngành chế tạo máy thì tuỳ theo dạng sản xuất mà chi phí về phôi liệu chiếm
từ 3060% tổng chi phí. Chế tạo phôi hợp lý sẽ đưa lại hiệu quả kinh tế cao. Việc xác định
phương án chế tạo phôi dựa trên các cơ sở sau:
- Kết cấu, hình dáng của chi tiết.
- Vật liệu và đặc tính làm việc của chi tiết.
- Sản lượng hàng năm của chi tiết.
- Điều kiện và khả năng cụ thể của xí nghiệp.
- Khả năng đạt được độ chính xác và yêu cầu kĩ thuật của phương án tạo phôi.

17

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Loại phôi được xác định theo kết cấu của chi tiết, loại vật liệu, điều kiện sản xuất
cụ thể của xí nghiệp. Chọn phôi tức là chọn phương án chế tạo phôi, xác định lượng dư,
kích thước và dung sai của phôi. Nhưng khi chọn phải chú ý sao cho hình dáng của phôi
gần giống hình dánh của chi tiết. Có nhiều phương án tạo phôi.
a.Phương pháp đúc

- Ưu điểm:
+ Sản phẩm đúc có thể được chế tạo từ nhiều loại vật liệu.
+ Có thể đúc được những sản phẩm từ đơn giản đến phức tạp, từ nhỏ đến rất lớn.
+ Sản phẩm đúc có thể đạt được độ chính xác, độ nhẵn khá cao với những phương pháp
đúc đặc biệt.
+ Tạo ra trên vật đúc các lớp vật liệu có cơ tính khác nhau.
+ Có thể cơ khí hoá, tự động hoá, năng suất cao.
- Nhược điểm:
+ Chưa tiết kiệm được kim loại do hệ thống rót, do sai hỏng…
+ Tỷ lệ phế phẩm còn cao vì khuyết tật đúc khá nhiều.
+ Kiểm tra khuyết tật khó khăn.
b. Phương pháp cán
Ưu điểm :
Phương pháp này tạo phôi đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo và năng suất cao.
Nhược điểm :

18

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Cơ tính vật liệu không tốt, phôi có hình dáng đơn giản trên bề mặt. Thép cán thông
thường được tiêu chuẩn hoá và đặc biệt với chi tiết thanh truyền có hình dáng phức tạp
nên rất khó chế tạo bằng phương pháp này.
c. Phương pháp rèn
- Ưu điểm:
+ Phương pháp gia công có tính linh hoạt cao, phạm vi gia công rộng (có thể gia công
được vật nhỏ từ vài gam đến vài trăm tấn), có thể gia công được những vật lớn hơn so với
dập thể tích.

+ Có thể chế tạo được những chi tiết có hình dáng, kích thước, khối lượng rất khác nhau.
+ Có khả năng biến tổ chức hạt thành tổ chức thớ phức tạp, do đó làm tăng khả năng chịu
tải trọng của vật liệu.
+ Phôi có cơ tính đồng đều thích hợp với các chi tiết chịu tải lớn.
+ Dụng cụ và thiết bị tương đối đơn giản cho nên vốn đầu tư ít và tính linh hoạt trong sản
xuất cao.
+ Nâng cao chất lượng kim loại đặc biệt là kim loại đúc.
- Nhược điểm:
+ Độ bóng và độ chính xác đạt được không cao.
+ Sự đồng đều trong cả một loạt sản phẩm là không cao.
+ Lượng dư lớn, hệ số sử dụng vật liệu thấp.
+ Hệ số sử dụng vật liệu thấp do đó hiệu quả kinh tế không cao.
+ Năng suất thấp đặc biệt là khi rèn bằng tay.
+ Hình dáng, chất lượng phụ thuộc nhiều vào tay nghề công nhân.
19

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
d. Phương pháp Dập (Dập nóng)
Phương pháp này phôi đạt độ bóng Rz = 40-160 m. Phôi có cơ tính cao, có thể tạo được
phôi có hình dáng phức tạp.
-Ưu điểm :
+ Máy làm việc êm, độ cứng vững tốt, dẫn hướng êm, chính xác, tốc độ của máy nhanh,
có thể đẩy phôi tự động. Phương pháp dập nóng đảm bảo chất lượng vật dập cao, tiết
kiệm lượng tiêu hao kim loại, năng suất lao đọng cao, thuận tiện cho quá trình tự động
hoá và cơ khí hoá.
+ Cho vật dập có kích thước chính xác, góc nghiêng ở thành vật dập nhỏ, lượng dư gia
công ít, mức độ biến dạng trên các tiết diện của vật dập tương đối đều. Độ lệch khuôn ít

nên tiết kiệm được nhiều vật liệu.
+ Để hoàn thành một bước hay một nguyên công thì trên máy búa cần phải dập vài nhát
nhưng trên máy ép chỉ cần dập một nhát, giảm được thời gian phụ, năng suất cao, thường
năng suất tăng 2-3 lần so với máy búa.
+ Sau khi đã điều chỉnh máy và lắp khuôn, máy làm việc với hành trình cố định nên chiều
cao vật rèn chính xác, thao tác của công nhân đơn giản, dễ dàng, bậc thợ thấp cũng làm
được, đồng thời giảm được nhiều sức lao động của công nhân.
+Máy ép làm việc êm nên các bộ phận làm việc lâu hỏng, năng lượng tiêu phí ít hơn và
nhà xưởng xây dựng nhỏ hơn . Nhờ máy ép dễ tự động hoá và dễ trang bị phụ đảm bảo an
toàn lao động nên ít xảy ra tai nạn lao động.
- Nhược điểm :
+ Giá thành của máy ép cao.
+ Khi quá tải thường xảy ra kẹt máy, nhiều trường hợp rất khó giải quyết.
+ Kích thước phôi ban đầu yêu cầu phải chính xác.
20

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
+ Khó đánh sạch lớp oxi hoá nên yêu cầu thiết bị nung phải không có hoặc ít hiện tượng
oxi hoá.
+ Tính chất vạn năng so với búa dập kém hơn nên phải có thiết bị phụ để tạo phôi.
Tuy có những nhược điểm này nhưng phương pháp dập nóng trên máy ép là ưu việt hơn
cả vì nó đảm bảo được những yêu cầu kỹ thuật của chi tiết và tính kinh tế, tiết kiệm kim
loại, năng suất cao, dễ tự động hoá và cơ khí hoá trong quá trình sản xuất.
• Kết luận:
Trong sản xuất loạt lớn và hàng khối, phôi được chế tạo bằng phương pháp dập nóng trên

máy dập hoặc trên máy nén ép.

Phôi còn có thể chế tạo bằng phương pháp đúc, có độ chính xác cao, giảm lượng dư gia
công trong quá trình chế tạo trục.
Ở trong quy trình công nghệ này ta chọn phương pháp chế tạo phôi bằng phương pháp
dập nóng trên máy dập. Phương pháp này cho phôi có độ chính xác cao, hơn nữa phôi
được gia công chủ yếu là bề mặt trụ do bề mặt làm việc chủ yếu là bề mặt trụ. Không gia
công các bề mặt khác như mặt phẳng cong, vì vậy để tăng độ chính xác của chi tiết ta
chọn phôi dập nóng.

21

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC CHỮ THẬP.
4.1 Chọn chuẩn định vị khi gia công
4.1.1 Cơ sở chọn chuẩn
Khi chọn mặt chuẩn cần dựa vào một số cơ sở sau:
Yêu cầu kỹ thuật gia công của chi tiết hoặc của bề mặt chi tiết
Phương pháp ghi kích thước trên bản vẽ chế tạo chi tiết
Sản lượng gia công

-

Dựa trên những cơ sở đó mà xác định số bề mặt dùng làm chuẩn định vị trong quá trình
định vị chi tiết,chọn bề mặt định vị là chuẩn chính hay chuẩn phụ chọn phương pháp gá
lắp chi tiết sao cho đạt yêu cầu kỹ thuật khi gia công và yêu cầu về năng suất gia công
4.1.2 .Chọn chuẩn thô, tinh
a. Chọn chuẩn thô.

Chuẩn thô là bề mặt được dùng làm chuẩn cho bước gia công cơ khí đầu tiên trong quá
trình công nghệ,đó là các bề mặt chưa được gia công,trong hầu hết các trường hợp
,chauanr thô là các yếu tố hình học của phôi chưa gia công
Yêu cầu khi chọn chuẩn thô:
• Đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt không gia công với các
-

bề mặt gia công.
• Phân bố đủ lượng dư cho các bề mặt sẽ gia công.
- Nguyên tắc khi chọn chuẩn thô:
• Nếu chi tiết có một bề mặt không gia công thì nên chọn mặt đó làm mặt chuẩn thô
vì như vậy sai số về vị trí tương quan giữa bề mặt gia công và bề mặt không gia
•

công là nhỏ nhất
Nếu chi tiết có nhiều bề mặt không gia công thì nên chọn bề mặt nào có liên quan

cao nhất về kích thước,vị trí với bề mặt gia công để làm chuẩn thô
• Nếu chi tiết có các bề mặt đều phải gia công nên chọn mặt nào có lượng dư nhỏ
nhất để làm chuẩn thô
• Bề mặt làm chuẩn thô cần chọn là các bề mặt bằng phẳng,không có các vết rèn
dập,ba via,đậu ngót,đậu rót hoặc quá gồ ghề
22

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Chuẩn thô chỉ dùng một lần trong quy trình công nghệ

•

b. Chọn chuẩn tinh:

•
•

Yêu cầu khi chọn chuẩn tinh:
Phân bố đủ lượng dư cho các bề mặt gia công
Đảm bảo độ chính xác về vị trí tương quan giữa các bề mặt gia công với nhau.
- Nguyên tắc khi chọn chuẩn tinh:
Khi chọn chuẩn tinh nên chọn là chuẩn tinh chính
Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng với gốc kích thước(chuẩn định vị trùng với

•

chuẩn thiết kế) để sai số gá lắp là nhỏ nhất
Chọn chuẩn sao cho chi tiết có độ cứng vững cao nhất dưới tác dụng của lực cắt và

•
•

lực kẹp chặt
• Chọn chuẩn sao cho kết cấu đồ gá đơn giản và thuận tiện khi sử dụng
• Cố gắng chọn chuẩn thống nhất trong cả quy trình công nghệ để giảm các sai số
tích lũy
4.2 Lập quy trình công nghệ
• Nguyên công 1 : Chuẩn bị phôi
• Nguyên công 2 : Tiện xén mặt đầu và khoan lỗ tâm
• Nguyên công 3 : Tiện thô các bề mặt ngoài

• Nguyên công 4 : Khoan lỗ dọc trục
• Nguyên công 5 : Tiện tinh các bề mặt ngoài
• Nguyên công 6 : Nhiệt luyện
• Nguyên công 7 : Mài thô – mài tinh bề mặt đầu
• Nguyên công 8 : Mài thô mài tinh bề mặt trụ
• Nguyên công 9 : Đánh bóng chi tiết
• Nguyên công 10 : Kiểm tra chi tiết
4.3 Tính lượng dư cho bề mặt ∅25
Cấp chính xác : 8
Ra = 0,8 ()
Quy trình công nghệ gia công trụ ∅25 gồm 4 bước: tiện thô, tiện tinh, mài thô ,
mài tinh. Chi tiết được gia công chống tâm hai đầu nên sai số gá đặt = 0 .Như vâỵ trong
công thức tính Zmin không còn sai số gá đặt
Tra bảng 3-91 ( Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 1) ta có dung sai phôi :
Ti=2,1
23

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
Sai lệch về vị trí không gian của phôi được xác định theo công thức sau đây
ρ = ρ lk2 + ρ ct2 + ρ t2

Trong đó :
ρlk - độ lệch của khuôn dập (phôi trong khuôn bị lệch) so với tâm danh nghĩa của phôi ,
ρlk =1mm
ρct - độ cong vênh của phôi thô (độ cong của đường trục và được xác định theo công thức
: ρct = ∆c .Lc
trong đó :

∆c - là độ cong đơn vị (m/mm)
Lc - là chiều dài từ mặt đầu của chi tiết đến cổ trục cần xác định lượng dư , L c=22 mm
⇒

ρct = ∆c .Lc =1.10-3.22 = 0,022 (mm)

ρt- sai lệch của phôi do lấy tâm làm chuẩn và được xác định theo công thức sau :
ρt = (

δp
2

) 2 + 0,25 2

δp

Trong đó
ρt = (

Vậy

δp

- là dung sai của phôi dập :
2,5 2
) + 0,25 2
2

= 2,5 mm và 0,25 là độ võng của tâm phôi.

= 1,27 mm

Do đó sai lệch không gian của phôi sẽ là :
ρ = 1 + 0,022 2 + 1,27 2

=2,613(mm)=2613 m
Chất lượng bề mặt phôi thô ta có :Rz=150m;Ti=250mm
-Chất lượng bề mặt sau tiện thô, cấp chính xác 3-4 ta có :
Rz=50m;Ti=50mm
⇒

24

Sai lệch còn lại sau nguyên công tiện thô

ρ1

là :
Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52


Đồ án tốt nghiệp chuyên ngành Công nghệ chế tạo cơ khí
ρ1 = 0,06 ρ p

=0,06.2613=156,78 m
- Chất lượng bề mặt sau tiện tinh, cấp chính xác 4-5 ta có :
Rz=20m;Ti=30mm
⇒

ρ2

Sai lệch còn lại sau nguyên công tiện tinh

ρ 2 = 0,4 ρ1

là :

=0,4.156,78=62,712 m

- Chất lượng bề mặt sau mài thô, cấp chính xác 6 ta có :
Rz=10m;Ti=20mm
⇒

ρ3

Sai lệch còn lại sau nguyên công mài thô
ρ 3 = 0,2 ρ 2

là :

=0,2.62,712=12,5424 m

Lượng dư gia công nhỏ nhất được tính theo công thức:

(

2Ζ min = 2. RZ i −1 + Ti −1 + ρi2−1 + ε i2

)

Rzi-1:độ nhấp nhô bề mặt của phôi dập
Ti-1: là chiều sâu lớp bề mặt hư hỏng do nguyên công trước để lại
i-1: là sai lệch vị trí không gian do nguyên công trước để lại
i

: là sai số gá đặt của nguyên công đó và i=0

Như vậy ta có :
- Lượng dư nhỏ nhất khi tiện thô là
2Z1min= 2 . (150 + 250 + 2613) = 6026 ()
-Lượng dư nhỏ nhất khi tiện tinh là
2Z2min= 2 . (50 + 50 +156,78) =513,56 ()
-Lượng dư nhỏ nhất khi mài thô là:
2Z3 min= 2.(20+30+62,712) = 225,424()
-Lượng dư nhỏ nhất khi mài tinh là:
2Z4 min= 2.(10+20+12,5424) = 85,0848 ()
25

Lớp Công nghệ chế tạo cơ khí K52