Đồ án tốt nghiệp công nghệ chế tạo bánh răng côn

Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Phần I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
I-1. Công dụng của bộ truyền động bánh răng.
Truyền động 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.
Truyền động bánh răng được sử dụng rộng rãi bởi vì chúng có những ưu
điểm như khả năng truyền lực lớn, đảm bảo tỷ số truyền ổn định, hệ số có ích lớn
và truyền động êm.
Truyền động bánh răng là những cơ cấu quan trọng trong ôtô, máy kéo
động cơ đốt trong, máy công cụ, máy nông nghiệp, máy cần cẩu và nhiều loại thiết
bị khác.
Phạm vi tốc độ và truyền lực của truyền động bánh răng rất lớn.
Các hộp tốc độ và truyền lực có khả năng truyền công suất tới hàng chục
nghìn kW. Tốc độ vòng của bánh răng trong các cơ cấu truyền chuyển động tốc độ
cao có thể đạt tới 150m/s. Các bánh răng truyền chuyển động quay được gọi là
bánh răng chủ động, còn bánh răng nhận chuyển động quay gọi là bánh răng bị
động. Trong bộ truyền còn có khái niệm bánh răng nhỏ ( có đường kính hoặc số
răng nhỏ ) và bánh răng lớn (có đường kính và số răng lớn ).
Sử dụng bánh răng có thể truyền được chuyển động quay giữa các trục
song song với nhau, chéo nhau hoặc vuông góc với nhau.
I-2. Phân loại bộ truyền bánh răng.
Tùy thuộc vào vị trí tương quan của các trục mà người ta phân biệt:
- Bộ truyền bánh răng trụ:
+ Răng thẳng
+ Răng nghiêng
+ Chéo nhau.

- Bộ truyền bánh răng côn:

SVTH: Nguyễn Văn Cường

1


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

+ Răng thẳng
+ Răng nghiêng
+ Răng cong
- Bộ truyền bánh răng thanh răng.
- Bộ truyền trục vít – bánh vít

Răng thẳng

Răng nghiêng

Trục chéo nhau

HìnhI-1: Các loại bánh răng trụ

Răng thẳng

Răng nghiêng
Hình I-2: Các loại bánh răng côn

SVTH: Nguyễn Văn Cường

2

Răng cong


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Hình I-3: Trục vít – bánh vít.

Hình I-4: Bánh răng – thanh răng.

Phần II
TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CÔN
II-1. Đặc điểm bánh răng côn.
Cặp bánh răng côn dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục giao
nhau.
Răng của bánh răng côn được cắt trên mặt côn của phôi. Khi các bánh
răng côn quay ăn khớp với nhau, các mặt côn lăn lăn không trượt trên nhau.
Chiều dày và chiều cao của răng không cố định: chúng giảm dần theo
hướng tới đỉnh côn. Nhờ đó mà môđun của các bánh răng côn cũng thay đổi.
II-2. Độ chính xác.
Độ chính xác của bánh răng côn với các môđun m =1÷ 30mm và đường
kính vòng chia ≤ 2000 mm được đánh giá theo tiêu chuẩn Nhà nước TCVN. Theo
tiêu chuẩn này độ chính xác của bánh răng côn chia ra 12 cấp chính xác khác nhau
từ 1 ÷12, trong đó cấp 1là chính xác nhất, cấp 12 là kém chính xác nhất. Tuy nhiên
việc chế tạo bánh răng côn có độ chính xác cao khó hơn so với bánh răng trụ cho

nên độ chính xác của bánh răng côn chỉ được quy định cho các cấp chính xác từ 5
tới 11.
Mỗi cấp chính xác của bánh răng côn cũng chứa 4 dạng tiêu chuẩn:
- Độ chính xác động học: độ chính xác này được đánh giá bằng sai số góc quay
của bánh răng sau một vòng. Sai số này là do sai số của hệ thống công nghệ gây
ra.
Chỉ tiêu tổng hợp của độ chính xác động học của bánh răng côn là sai số
động học của bánh răng ΔF∑. Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:
-

Sai số tích lũy bước vòng Δt∑.

-

Độ đảo vành răng eo.

SVTH: Nguyễn Văn Cường

3


Đồ án tốt nghiệp
-

Sai số bao hình Δφ∑.

-

Dao động khe hở mặt bên ΔoCu.

-

Dao động góc tâm Δoφu.

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Độ chính xác này rất quan trọng đối với các truyền động có tính đến góc
quay như truyền động phân độ của các máy cắt răng hoặc các cơ cấu đo đếm ...
- Độ ổn định khi làm việc: độ ổn định khi làm việc được đánh giá bằng sai số
chu kỳ tức là giá trị trung bình của sai số truyền động bằng tỷ số giữa sai lệch lớn
nhất và số răng bánh răng.
Chỉ tiêu tổng hợp của độ ổn định khi làm việc là sai số chu kỳ ΔF.
Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:
-

Sai số bước vòng Δtc.

-

Sai số của hiệu các bước vòng Δt.

-

Dao động góc tâm trên một răng Δγφu.
Độ ổn định khi làm việc đặc trưng cho độ ổn định của tốc độ quay của bộ
truyền động trong một vòng quay của bánh răng. Dao động của tốc độ quay sẽ gây
ra tải trọng động, rung động và tiếng ồn của bộ truyền.
Độ chính xác này rất quan trọng đối với bộ truyền lực làm việc với tốc
độ lớn .
- Độ chính xác tiếp xúc: độ chính xác tiếp xúc được đánh giá bằng vết tiếp xúc

(diện tích và hình dáng) của prôfin răng theo chiều dài, chiều cao và được biểu
diễn bằng %. Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:

-

Độ không giao nhau giữa các đường tâm Δa.

-

Lượng xê dịch của đỉnh côn chia ΔK.
Độ chính xác tiếp xúc ảnh hưởng đến mức độ tập trung tải trọng trên các
vùng khác nhau của bề mặt răng, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của bộ truyền.
Độ chính xác này rất quan trọng đối với các bộ truyền có tải trọng lớn và
tốc độ thấp .
- Độ chính xác khe hở mặt bên: khe hở mặt bên là khe hở giữa các cạnh răng
trong bộ truyền (bánh răng càng lớn thì khe hở mặt bên càng lớn).
SVTH: Nguyễn Văn Cường

4


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Chỉ tiêu tổng hợp của khe hở mặt bên là lượng mỏng của răng ΔS.
Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm;
-

Sai số giới hạn của góc tâm Δφu.

-

Sai số góc tâm Δφn.
Khe hở mặt bên được xác định không phải bằng mức độ chính xác của bộ
truyền mà bằng công dụng và điều kiện sử dụng của nó. Đối với các điều kiện sử
dụng của bộ truyền, trước hết phải kể đến điều kiện nhiệt độ khi làm việc và độ an
toàn cho bộ truyền. Ví dụ, với các bộ truyền có tính đến góc quay cần có khe hở
mặt bên nhỏ, còn với các bánh răng trong các turbin tốc độ cao lại cần có khe hở
mặt bên lớn.
Xuất phát từ đó, người ta quy định 4 cấp khe hở mặt bên của bộ truyền như sau:
+ Khe hở bằng 0.
+ Khe hở nhỏ.
+ Khe hở trung bình.
+ Khe hở lớn.
Trong đó, bộ truyền có khe hở trung bình được sử dụng rộng rãi nhất.
II-3. Thông số bánh răng côn.
Các thông số chính của bánh răng côn được xác định ở tiết diện của răng
bằng mặt phẳng côn phụ trợ có tâm trùng với tâm của bánh răng côn và các đường
sinh vuông góc với các đường sinh của mặt côn chia.
Các mặt côn có cùng đỉnh O gọi là côn đỉnh và côn đáy. Các góc giữa các
đường sinh mặt côn và tâm bánh răng gọi là góc đỉnh φ e và góc đáy φi. Các góc
giới hạn đầu răng và chân răng gọi là các góc đỉnh răng γ’ và các góc chân răng
γ’’.
Góc giữa đường sinh của mặt côn phụ trợ và đường tâm bánh răng gọi là
góc côn phụ ω. Góc giữa đường sinh và đường tâm của mặt côn chia gọi là góc
côn chia φ1, φ2. Góc δ giữa các đường tâm của các bánh răng gọi là góc tâm (10o ÷
170o). Cặp bánh răng côn có góc δ = 90o được sử dụng rộng rãi nhất trong chế tạo
SVTH: Nguyễn Văn Cường

5


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

máy.

Khi δ = 90o thì tg φ1=

z1
z2

z2
z1

; tg φ2=

; φ2 = 90o - φ1.

(φ1 – góc côn chia của bánh răng nhỏ; φ2 góc côn chia của bánh răng lớn; z1, z2 số
răng của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn ).

O2

D
d2 =em2.
s

z2

h

ϕ e2
ϕ i2

c

ϕ2

m s m

ϕ1

c

ϕ e1

s

δ
O

ϕ i1

ω

γ'
γ'

O1

s

B

d 1= mD. e1 z 1

K1

Le

Hình II-1. Thông số của bộ truyền bánh răng côn

SVTH: Nguyễn Văn Cường

6


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Bảng I-1.Thông số chính của bánh răng côn răng thẳng (không dịch chỉnh)
Tên gọi
Môđun mặt đầu
Bước mặt đầu
Số răng của bánh chủ động

Đơn vị Ký hiệu
mm
ms
mm
ts
z1

Số răng của bánh bị động

z2

Góc côn vòng chia của bánh răng chủ động(khi δ =
90o)

độ

Công thức tính
Chọn theo tiêu chuẩn
ts= ms.л; л = 3,1416
Chọn theo kết cấu
Nếu z<17 bánh răng cần dịch chỉnh

z1
z2

φ1
tgφ1 =

o

Góc côn vòng chia của bánh răng bị động(khi δ = 90 )

độ

z2
z1

φ2
tg φ2 =

o

Góc côn vòng chia của bánh răng bị động(khi δ ≠ 90 )

độ

z1 sin δ
z 2 + z1 cos δ

φ1
tgφ1 =

Góc côn vòng chia của bánh răng chủ động(khi δ ≠
90o)

độ

φ2

z 2 sin δ

z1 + z 2 cos δ

Góc tâm
Đường kính vòng chia
Đường kính vòng đỉnh
Chiều cao răng
Chiều cao đầu răng
Chiều cao chân răng
Khe hở hướng kính

độ
mm
mm
mm
mm
mm
mm

δ
d
De
h
h’
h’’
c

tgφ1 =
δ = φ1 + φ2
d = ms . z
De = ms(z + 2cos φ)

h = 2,25 ms
h’ = ms
h’’ =- 1,25 ms
c = 0,25 ms

Góc đầu răng

mm

ms
L

γ’
tg γ’ =

Góc chân răng

mm

1,25m s
L

γ’’
tgγ’’ =

Chiều dài nón

mm

Le

Góc côn đỉnh
Góc côn đáy
Góc côn phụ
Chiều dày răng trên vòng chia
Chiều dày răng theo dây cung cố định
Chiều dài răng
Khoảng cách từ đỉnh nón tới mặt gờ của nón

độ
độ
độ
mm
mm
mm
mm

φe
φi
ω
s
sx
B
K1

m s z1
ms z 2
=
2. sin ϕ1 2 sin ϕ 2
Le=

Tỉ số truyền

i12

φe= φ + γ’
φi = φ – γ’’
ω = 90o - φ

B ≤ 0,35 Le

i12 =

ω1 z 2 r2 sin ϕ 2
=
= =
ω 2 z1 r1 sin ϕ1

II-3. Phân loại bánh răng côn.
+Dựa vào mặt kết cấu, bánh răng côn được chia làm 3 loại:
SVTH: Nguyễn Văn Cường

7


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

- Bánh răng dạng đĩa.

- Bánh răng dạng trục.
- Bánh có gờ.
+Dựa vào hướng răng, bánh răng côn được chia làm 3 loại sau:
- Bánh răng côn răng thẳng.
- Bánh răng côn răng nghiêng.
- Bánh răng côn răng cong có các loai sau:
+ Răng cong cung tròn.
+ Răng cong thân khai.
+ Răng cong epxicloid.

Răng thẳng

Răng nghiêng

Răng cong

Hình II-2. Các loại bánh răng côn
+Dựa chiều cao răng của ta có phân loại: bánh răng côn có chiều cao
răng đều hoặc bánh răng côn có chiều cao răng thay đổi .

ϕe

ϕ ϕi

ϕ
ϕ
e ϕ i

Chiều cao răng đều

Chiều cao răng thay đổi

HìnhII-3. Các dạng chiều cao bánh răng côn
+Dựa vào vị trí tương quan giữa hai trục ta có thể phân loại bánh răng

SVTH: Nguyễn Văn Cường

8


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

côn thành hai loại : hai trục giao nhau (vuông góc hoặc không vuông góc ) và hai
trục chéo nhau.

O

Hai trục giao nhau

Hai trục chéo nhau

Hình II-4. Vị trí tương quan giữa hai trục.

PHẦN III
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG CÔN
III-1. Yêu cầu kỹ thuật.
Ngoài các yêu cầu về độ chính xác khi cắt răng, quy trình công nghệ chế
tạo bánh răng cần đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật sau đây:

- Độ không đồng tâm giữa mặt lỗ và đường tròn cơ sở (vòng chia) nằm
trong khoảng 0,05 ÷ 0,1 mm.
- Độ không vuông góc giữa mặt đầu và tâm lỗ nằm trong khoảng 0,01 ÷
0,015 mm trên 100 mm đường kính.
- Mặt lỗ và các cổ trục của trục răng được gia công đạt độ chính xác cấp

SVTH: Nguyễn Văn Cường

9


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

7,độ nhám bề mặt Ra = 1,25 ÷ 0,63.
- Các bề mặt khác được gia công đạt cấp chính xác 8 ÷10, độ nhám bề
mặt Rz = 40 ÷ 10.
- Sau nhiệt luyện đạt độ cứng 55 ÷60 HRC, chiều sâu thấm C là 1 ÷ 2
mm; các bề mặt không gia công độ cứng thường đạt 180 ÷280 HB.
III-2. Vật liệu chế tạo.
- Việc chọn vật liệu để chế tạo bánh răng phụ thuộc vào điều kiện làm
việc của chúng. Mỗi một loại vật liệu đều thỏa mãn những yêu cầu riêng, đặc biệt
là dùng cho chế tạo ôtô, máy kéo, máy bay, các máy công cụ...
- Các bánh răng truyền lực thường được chế tạo bằng thép hợp kim Crôm
như 5Cr, 15CrA, 20CrA, 40Cr, 45Cr; Crôm - Niken và Crôm - Môlipden như
40CrNi, 35CrMoA, 18CrMnTi.
- Các bánh răng chịu tải trọng trung bình và nhỏ được chế tạo bằng thép
C chất lượng tốt như C40, C45 và gang.
- Các bánh răng làm việc với tốc độ cao mà không gây tiếng ồn được làm

từ chất dẻo, vải ép, da ép.
- Với tiến bộ của ngành luyện kim, ngày nay người ta có thể chế tạo bánh
răng từ vật liệu kim loại bột.
III-3. Tính công nghệ trong kết cấu.
Khi thiết kế bánh răng phải chú ý đến kết cấu bề mặt như:
- Hình dáng lỗ phải đơn giản vì nếu phức tạp ta phải dùng máy Rơvônve
hoặc máy bán tự động để gia công, sẽ không kinh tế.
- Mặt ngoài của bánh răng phải đơn giản, bánh răng có tính công nghệ
cao nhất là khi hình dáng mặt ngoài phẳng, không có mayơ.
- Nếu bánh răng cần có mayơ thì nên để mayơ nằm về một phía lúc đó ta
có thể gá được hai chi tiết cùng một lúc để gia công, tăng được năng suất.
- Bề dày của mặt bên phải đủ để tránh biến dạng khi nhiệt luyện.
- Hình dáng, kích thước các rãnh (nếu có) phải thuận tiện cho việc thoát
dao.
SVTH: Nguyễn Văn Cường

10


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

- Kết cấu bánh răng phải tạo điều kiện cho việc gia công bằng nhiều dao
cùng một lúc.
- Các bánh răng bậc nên có cùng một môđun để thuận tiện cho việc gia
công, giảm được thời gian thay dao, tăng năng suất.
III-4. Phương pháp chế tạo phôi.
Chọn phương pháp chế tạo phôi phụ thuộc vào hình dáng và kích thước
của chi tiết, vật liệu và công dụng của nó, sản lượng hàng năm cùng các yếu tố

khác.
- Trong sản xuất lớn, phôi bánh răng thép thường là phôi rèn.
- Trong sản xuất nhỏ, đơn chiếc người ta thường dùng phôi thanh.
- Bánh răng, bánh vít có kích thước quá lớn, phôi được chế tạo bằng
phương pháp đúc. Những bánh răng, bánh vít có đường kính lỗ > 25 mm và chiều
dài lỗ nhỏ hơn hai lần đường kính thì người ta tạo lỗ khi rèn hoặc đúc.
- Với bánh răng được chế tạo từ kim loại bột thì phôi chính là kim loại
bột.
*Một số phương pháp tạo phôi bánh răng côn:
+ Dập nóng bánh răng côn răng thẳng:

a

b

Hình III-1. Các sơ đồ cán nóng phôi bánh răng côn răng thẳng.
a)

bánh răng hành tinh; b) bánh răng lắp đầu trục của ôtô.

Dập nóng bánh răng côn răng thẳng được dùng để chế tạo bánh răng
trong bộ vi sai của ôtô với môđun ≥ 5mm. Hình là các sơ đồ dập nóng phôi bánh
răng côn răng thẳng.
SVTH: Nguyễn Văn Cường

11


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Bánh răng hành tinh có số răng z1= 11, môđun mặt đầu ms=6,35 mm,
chiều cao răng lớn nhất hmax= 12,61 mm, chiều dài răng b = 3 0mm, vật liệu thép
18CrNiTi được dập trên máy dập với lực dập 25.10 7 N qua hai bước . Phôi được
nung nóng tới nhiệt độ 1230 ÷ 1260oC rồi được dập tạo hình răng, sau đó bước đột
lỗ và cắt bavia được thực hiện trong một khuôn tổ hợp ( đột lỗ và cắt bavia ) khác.
Năng suất gia công của máy đạt 120 chi tiết / giờ. Tuổi bền trung bình của khuôn
dập đạt 3500 ÷4000 chi tiết.
Bánh răng lắp đầu trục hình b có số răng z 2 = 22 mm, môđun mặt đầu ms
= 6,35 mm, chiều cao lớn nhất hmax = 12,61 mm; chiều dài răng b = 30 mm, vật
liêu thép 25CrNiTi cũng được dập nóng trên máy dập với lực 25.10 7N qua hai
bước. Tuổi bền 5000 ÷ 6000 chi tiết.
Phương pháp dập nóng các bánh răng côn răng thẳng trên cho phép tiết kiệm vật
liệu khoảng 20 ÷ 25%, giải phóng được một số công nhân, một số máy và giảm
được diện tích sản xuất.
+ Cán nóng bánh răng côn răng cong.

8
3
2
1
4

7

6

5

Hình III-2. Sơ đồ cán nóng bánh răng côn.
1.Bánh cán có răng; 2.Gờ chặn; 3.Đầu trên; 4. Bánh răng đồng bộ trên.
5.Bàn quay; 6. Bánh răng đồng bộ dưới; 7. phôi; 8. Bộ cảm biến.
SVTH: Nguyễn Văn Cường

12


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Phương pháp này được dùng để cán răng côn ( thay cho cắt thô ) có
môđun mặt đầu ms = 8,017 mm; số răng z =40; chiều dài răng b = 42,5 mm, góc
xoắn βm =33o37’, vật liệu là thép 12Cr2Ni4A.
Phôi 7 được gá trong mâm cặp, mâm cặp nằm trên bàn quay 5. Bộ cảm
biến 8 dịch chuyển vào vùng gia công để nung nóng phôi 7 tới nhiệt độ 1100 ÷
1150oC, sau đó nó lùi về vị trí ban đầu. Đầu trên 3 của máy cán cùng với bánh cán
có răng 1 và bánh răng đồng bộ 4 dịch chuyển nhanh xuống phía dưới để ăn khớp
với bánh răng đồng bộ 6, lắp trên bàn quay chủ động 5.
Chiều sâu của răng đạt được nhờ chuyển động chạy dao của đầu trên 3 ( theo
chiều mũi tên ). Sau khi cán xong đầu trên 3 lùi lên, bánh răng được lấy ra và đặt
phôi khác vào. Thời gian cán một bánh răng khoảng 3 phút, trong đó thời gian
nung nóng phôi khoảng 55 giây. Bánh cán 1 có gờ chặn 2 để tạo mặt đầu bánh
răng. Phương pháp cán nóng bánh răng côn trên cho phép nâng cao năng suất gia
công 2 ÷ 4 lần, tiết kiệm vật liệu 20 ÷ 25% và tăng độ bền uống lên 20 ÷ 30% nhờ
hướng phân bố thớ vật liệu trên răng.
III-5. Nhiệt luyện.
Do yêu cầu làm việc, răng bánh răng phải có độ cứng và độ bền, còn lõi
bánh răng thì yêu cầu phải dẻo, dai để đảm bảo độ bền uốn của răng khi chịu tải va

đập, vì vậy cần phải có chế độ nhiệt luyện thích hợp.
- Đối với nhóm bánh răng có độ rắn của mặt răng HB ≤ 350, việc gia
công chính xác bánh răng sau khi đã nhiệt luyện vì độ rắn tương đối thấp. Lúc này
không cần phải qua các nguyên công chỉnh sửa đắt tiền như mài, mài nghiền...
Chế độ nhiệt luyện thường là tôi cải thiện (thép C chất lượng tốt, thép hợp kim);
thường hoá (thép C chất lượng thường CT51, CT61 hoặc thép C chất lượng tốt).
- Đối với nhóm bánh răng có độ rắn của mặt răng HB ≥ 350, bánh răng
được gia công trước rồi mới nhiệt luyện. Lúc này bánh răng có độ bền cao, khả
năng tải lớn nhưng cần phải gia công lại sau nhiệt luyện để khắc phục những biến
dạng do nhiệt luyện gây ra.
Với bánh răng có môđun và kích thước nhỏ thường được tôi thể tích. Tuy
SVTH: Nguyễn Văn Cường

13


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

nhiên, phương pháp này làm tăng độ bền nhưng lại làm giảm độ dẻo, dai của lõi
răng nên bây giờ thường dùng thấm than, thấm Ni, thấm Cyanua thay cho tôi thể
tích.
Với bánh răng có môđun và kích thước lớn thường dùng tôi cao tần. Tôi
cao tần tức là dùng dòng điện có tần số cao (có thể lên đến 20.000 Hz) để đốt nóng
bề mặt rồi làm nguội nhanh, lúc này lõi bánh răng chưa kịp nóng nên vẫn đảm bảo
được độ dẻo, dai ban đầu còn bề mặt răng thì độ bền, độ cứng được tăng lên rất
cao, độ bóng bề mặt không giảm nhiều, biến dạng bé... Tuy nhiên, tôi cao tần có
giá thành rất cao nên thường chỉ dùng trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối.
Ngoài ra, người ta còn dùng các phương pháp gia công bề mặt răng bằng năng

lượng cao như tia laser, plasma...
III-6. Chuẩn định vị
Tùy theo kết cấu, sản lượng và độ chính xác yêu cầu mà ta chọn chuẩn
cho thích hợp:
- Khi gia công bánh răng có lỗ, dù là bánh răng trụ, côn, bánh vít thì
chuẩn tinh thống nhất là mặt lỗ. Ngoài lỗ ra, người ta còn chọn thêm mặt đầu làm
chuẩn, lúc đó mặt lỗ và mặt đầu phải gia công trong một lần gá để đảm bảo độ
vuông góc giữa mặt đầu và tâm lỗ.
Trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, ở nguyên công đầu tiên người ta
thường dùng một mặt đầu và mặt ngoài của bánh răng làm chuẩn thô. Sau khi
nhiệt luyện, khi cần mài lại lỗ ng-ời ta phải dùng vành răng để định vị bằng vòng
lăn.
Như vậy, trong những trường hợp gia công bánh răng có lỗ, chuẩn định vị
có thể là tất cả các bề mặt.
- Đối với các loại trục răng, chuẩn lắp ráp là bề mặt cổ trục. Vì vậy, phôi
của các loại bánh răng này được gia công như các trục bậc và chuẩn định vị có thể
là mặt đầu, cổ trục và hai lỗ tâm.
III-7. Quy trình công nghệ trước khi cắt răng
Quy trình công nghệ gia công phôi trước khi cắt răng bao gồm các
SVTH: Nguyễn Văn Cường

14


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

nguyên công như sau:
- Gia công thô mặt lỗ.

- Gia công tinh mặt lỗ.
- Gia công thô mặt ngoài.
- Gia công tinh mặt ngoài.
Ngoài ra, nếu cần còn có thêm các nguyên công như khoan lỗ, phay rãnh
then, then hoa trên trục răng hoặc làm ren...
- Khi sản lượng nhỏ, việc gia công phôi trước khi cắt răng được thực hiện
trên máy tiện. Lỗ bánh răng cần phải doa vì yêu cầu phải có độ chính xác cao.
- Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, thường dùng phương pháp
chuốt để gia công lỗ, kể cả lỗ có rãnh then, then hoa. Trong trường hợp này, trước
khi chuốt thường được khoan hoặc khoét trên máy khoan đứng; các nguyên công
khác chỉ được gia công sau khi chuốt lỗ bởi vì ph-ơng pháp chuốt có thể đạt được
độ chính xác kích thước rất cao nhưng độ chính xác về vị trí tương quan của mặt
lỗ với mặt khác lại khá thấp.
Các mặt ngoài được gia công trên máy tiện bán tự động hoặc trên dây chuyền tự
động.
- Trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, thường gia công chuẩn bị trước
khi cắt răng trên các máy tiện và các máy rơvônve.
- Các bánh răng có đường kính > 500 mm thường được gia công chuẩn bị
trước khi cắt răng trên máy tiện đứng.
+ Đối với trục răng côn.

SVTH: Nguyễn Văn Cường

15


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

1
1

a)
5
1 2 3
4

b)

Hình III-3. Sơ đồ gia công phôi trục răng côn.
a ) khỏa mặt đầu khoan tâm: 1-đầu dao chuyên dùng;
b) tiện chép hình: 1-mũi tâm quay; 2-vấu nhọn; 3-đầu bánh răng;
4-phần đuôi của trục răng; 5-dao tiện.
Phương pháp khỏa mặt đầu và khoan tâm trục răng được thực hiện cùng
một lúc bằng đầu dao chuyên dùng 1. Đầu bánh răng 3 và phone đuôi 4 của trục
răng côn được gia công bằng dao 5 trong một lần gá trên máy chép hình thủy lực
bán tự động. Phôi bánh răng được gá trên hai mũi tâm trong đó mũi tâm 1 là mũi
tâm quay. Chuyển động quay của phôi nhận được từ trục chính của máy nhờ các
vấu nhọn 2 ăn vào đầu mặt phôi duới tác dụng của mũi tâm sau. Phôi có đường
kính 75 mm, chiều dài l =245 mm, thời gian gia công Ttc = 0,96 phút.
+ Đối với bánh răng côn có gờ:
Gia công phôi bánh răng côn có gờ trong hai nguyên công. Ở nguyên
công thứ nhất tiến hành tiện thô các mặt đầu, đường kính ngoài của gờ và khoét
thô lỗ. Phôi được định vị và kẹp chặt theo mặt ngoài. Ở nguyên công thứ hai tiến
hành tiện thô và tiện tinh các mặt côn của đầu răng, mặt đầu phía trước và tiện tinh
lỗ. Phôi có đường kính 122mm, chiều dài l = 65 mm, thời gian gia công trên mỗi
nguyên công Ttc = 1,5 phút.
SVTH: Nguyễn Văn Cường

16


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Hình III-4. Sơ đồ gia công phôi bánh răng côn có gờ.
+ Đối với bánh răng côn dạng đĩa:

Hình III-5. Sơ đồ gia công bánh răng côn dạng đĩa.
Gia công phôi bánh răng dạng đĩa trong hai nguyên công. Ở nguyên
công thứ nhất tiến hành tiện tinh lỗ và khỏa mặt đầu, còn ở nguyên công thứ hai
tiến hành tiện tinh các mặt côn của bánh răng. Phôi có đường kính 165mm, thời
gian gia công trên mỗi nguyên công Ttc =0,67 phút.
III-8. Gia công bánh răng côn.
a)Gia công bánh răng côn răng thẳng.
1-Phương pháp định hình.
+Phay định hình:
Theo phương pháp này thì dụng cụ cắt có prôfin giống như prôfin của
rãnh răng được gia công, trong trường hợp này là dao phay môđun (đĩa và ngón).
SVTH: Nguyễn Văn Cường

17


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Công việc gia công sẽ được thực hiện trên máy phay vạn năng có ụ phân độ.
-nguyên lí gia công:
1
2

b2

b1

ϕ

L

δ

ụ phân độ

Hình III-6. Sơ đồ phay bánh răng côn răng thẳng
bằng dao phay đĩa định hình.
Chi tiết được gá vào ụ phân độ đã nghiêng đi một góc phù hợp với góc côn ở chân
răng. Mỗi một rãnh răng được phay qua 3 bước:
- Bước 1: phay phần vật liệu 1 của rãnh, chiều rộng này tối đa bằng
chiều rộng đầu nhỏ của rãnh răng.
- Bước 2: phay tiếp phần vật liệu 2 bằng cách quay bánh răng đi một
góc φ.
- Bước 3: phay phần còn lại bằng cách quay bánh răng một góc φ về phía
ngược lại.
Góc nghiêng δ của trục ụ chia độ được xác định căn cứ vào góc côn chân
răng trên bản vẽ. Còn góc xoay φ của bánh răng được tính bằng:
tgϕ =

b1 − b2
2L

;

Trong đó: b1 – chiều rộng rãnh răng ở phía đầu to được đo trên cát tuyến của côn
chia (mm)
b2 – chiều rộng rãnh răng ở phía đầu nhỏ được đo trên cát tuyến của

SVTH: Nguyễn Văn Cường

18


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

côn chia (mm).
L – chiều dài răng.
-Dao:
Để cắt thô răng thường dùng các dao phay không mài prôfin , để cắt tinh
dùng dao có mài prôfin. Theo tiêu chuẩn có hai bộ dao phay. Bộ dao gồm 8 con để
được dùng để cắt các bánh răng có môđun ≤ 8 mm, còn bộ dao gồm 15 con được
dùng để cắt các bánh răng có môđun > 8 mm.Chọn dao phay trong bộ dao để cắt
răng côn răng thẳng được thực hiện theo số răng quy đổi Z qđ của bánh răng gia
công:
Z qđ =

Z1
Z
= 2
cos δ1 cos 2

Ở đây : Z1, Z2 số răng của bánh răng nón nhỏ và bánh răng lớn; δ1,δ2 góc
côn chia của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn. Số thứ tự của các dao phay môđun
đĩa thụ thuộc vào số răng gia công như sau:
Số thứ tự
của dao
Số răng
qui đổi

1

2

3

4

5

6

7

8

12-13

14-16

17-20

21-25

26-34

35-54

55-134

135

-Phạm vi sử dụng: Phương pháp này thường dùng trong sản xuất đơn chiếc và
loạt nhỏ để gia công các bánh răng có cấp chính xác 9 ÷ 11; gia công các bánh
răng có môđun lớn.
+Bào theo dưỡng:
Sử dụng phương pháp này để gia công bánh răng côn răng thẳng có
đường kính và môđun lớn với cấp chính xác 8-9 trong sản xuất đơn chiếc và hàng
loạt nhỏ. Dưỡng có bề mặt làm việc tương đương mặt thân khai của mặt bên răng
gia công. Phương pháp này rất thích hợp với các nhà máy chế tạo máy hạng nặng.
-nguyên lý gia công:

SVTH: Nguyễn Văn Cường

19

Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Hình III-70 hai dao.
Các dao 11 thực hiện chuyển động tịnh tiến đi lại trên các máng trượt 10
và có khả năng quay tương đối so với trục mằm ngang 1, trục này được gá trên gá
dao 9. Khi gia công, gá dao quay tương đối so với trục thẳng đứng 3, trục này đi
qua tâm 2 của máy và đỉnh côn chia của bánh răng gia công 4. Con lăn 6 được lắp
trên thanh giằng 7, nó trượt theo theo dưỡng 5 khi gá dao 9 quay tương đối so với
trục 3. Trong quá trình gia công phôi đứng yên, còn thực hiện chuyển động tịnh
tiến đi lại để cắt hết chiều dài răng và chạy dao theo chiều sâu của răng. Khi thực
hiện chạy dao theo chiều sâu, con lăn trượt theo dưỡng số 5, còn các bánh răng 8
mở rộng các dao 11, nhờ đó mà các prô fin của răng được chép lại theo prô fin của
dưỡng với tỷ lệ nhỏ hơn.

Các bánh răng có môđun lớn được cắt qua 5-6 bước. Bước thứ nhất là cắt

SVTH: Nguyễn Văn Cường

20


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

rãnh răng 1 bằng dao cắt rãnh hoặc dao hình chữ V hết toàn bộ chiều sâu của răng.
Nếu bước thứ nhất cắt bằng dao cắt rãnh thì bước thứ hai cần cắt hai tiết diện tam
giác 2,3 bằng các dao chuyên dùng hoặc dao hình chữ. Trước khi cắt tinh cần cắt

thêm lượng dư 4 để còn lại lượng dư 5 cho cắt tinh. Để nâng cao độ chính xác của
mặt răng, cắt tinh được thực hiện qua hai bước.
Dùng hai dao hình lăng trụ để cắt hai rãnh dao cùng lúc cho phép nâng
cao năng suất của máy. Khi cắt tinh, prôfin răng được hình thành nhờ dưỡng kích
thước lớn. Mỗi máy có một bộ dưỡng, các dưỡng này chế tạo cho các góc côn
chia, góc ăn khớp và số răng nhất định.
+Chuốt định hình:
Chuốt răng côn thẳng là phương pháp có năng suất cao. Nó được sử
dụng trong sản xuất hàng khối để chế tạo các bánh răng hành tinh trong xe ô tô,
máy kéo và các máy nông nghiệp khác.
Máy chuốt răng có hai loại: loại có trục gá phôi nằm ngang và loại có
trục gá phôi thẳng đứng. Đối với máy có trục gá phôi nằm ngang, trong quá trình
gia công, phôi đứng yên còn dao quay và dịch chuyển song song với đường sinh
của côn đáy. Đối với máy có trục gá phôi thẳng đứng, dao quay còn bàn máy với
phôi dịch chuyển. Trên các loại máy nàydùng dao chuốt răng tổ hợp có phần cắt
răng thô, cắt bán tinh và cắt tinh và chỉ sau một vòng quay của dao toàn bộ chiều
sâu của rãnh răng được gia công

- Nguyên lý gia công:

SVTH: Nguyễn Văn Cường

21


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

3

2

D
C
B
A

1

4
10
5

9

8

6

7

Hình III-8. Sơ đồ chuốt bánh răng côn răng thẳng
1- phôi; 2-đầu dao; 3- bloc cắt thô; 4-bloc dao cắt bán tinh;
5,9-các chốt định vị;6,10-các phần dao không có răng;
Gá phôi 1 trên đồ gá được thực hiện tại vị trí ban đầu của máy – điểm A.
Sau đó cho đầu dao 2 quay ngược chiều kim đồng hồ, còn bàn máy và phôi 1 dịch
chuyển song song với đường sinh của côn đáy từ điểm A tới điểm B
Trong thời gian này đầu dao quay được ba bloc dao cắt thô 3 và cắt một
phần rãnh răng. Tại điểm B bàn máy và dao dưng lại còn đầu dao dịch chuyển

hướng kính để cắt toàn bộ chiều sâu của rãnh răng.
Cắt thô được thực hiện bằng 10 bloc dao 3 (50 dao). Sau khi cắt thô, răng
có độ côn không chính xác. Mặt răng còn lượng dư lớn và lượng dư này được hớt
bởi 5 dao cắt bán tinh của bloc dao 4 khi phôi dịch chuyển lên phía trên từ điểm B
tới điểm C. Trong thời gian đi qua phần dao không có răng 6, dao 12 thực hiện vát
mép răng lúc đầu từ đáy rãnh sau đó từ hai mặt răng ở đầu răng lớn của răng.
Cắt tinh được thực hiện bằng 4 bloc dao 7,8. Khi bàn máy và phôi dịch
chuyển từ điểm C tới điểm D. Mỗi dao cắt tinh có hình dạng của rãnh răng nhờ đó
mà prôfin răng được tao hành.
Phân độ đi một răng được thực hiện khi bàn máy và phôi dịch chuyển từ
điểm D tới điểm A và phần dao không có răng 10 đi qua phôi. Trong thời gian
phân độ đầu dao vẫn quay. Các chốt định vị 5 và 9 được dùng lắp ráp để gá các
SVTH: Nguyễn Văn Cường

22


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

bloc dao đầu tiên.
-Phạm vi sử dụng: Phương pháp này thường sử dụng trong sản xuất loạt lớn,
hàng khối vì năng suất rất cao nhưng biên dạng chỉ gần là thân khai.
2- Phương pháp bao hình.
Trong các phương pháp gia công bánh răng chỉ có phương pháp bao hình
mới có thể tạo răng chính xác
-nguyên lý gia công:

Hình III-9. Phay bánh răng côn răng thẳngbằng hai dao phay đĩa bao

Khi gia công bánh răng côn theo phương pháp bao hình thì răng được tạo nên bởi
sự lăn của côn chia bánh răng theo mặt phẳng chia của bánh dẹt sinh. Bánh dẹt
sinh được coi là bánh răng côn có góc đỉnh của côn chia là 180 o. Prôfin răng được
tạo nên bằng sự lăn tương đối của dụng cụ cắt và bánh răng gia công.
Dụng cụ cắt có lưỡi cắt dạng hình thang, thực hiện chuyển động đến đỉnh
đi lại theo hướng côn chia của bánh răng. Dụng cụ cắt được gá trên một đầu dao
mà dầu dao này phải thực hiện chuyển động ăn khớp với bánh răng gia công.
+Phay bao hình bằng hai dao phay đĩa:
Bằng phương pháp bao hình này có thể nâng cao năng suất gia công bánh
răng côn. Dao phay có đường kính lớn, dạng răng chắp, mặt bên của chúng là cạnh
của hình thang giống dạng răng của thanh răng.
SVTH: Nguyễn Văn Cường

23


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

Trục chính của dao phay được gá trên mặt đầu của một bàn trượt mà số
vòng quay nd của nó liên hệ với số vòng quay nc của bánh răng, tạo nên chuyển
động lăn giữa lưỡi cắt dụng cụ và mặt bên của bánh răng côn. Khi đường kính của
dao phay đĩa lớn hơn nhiều so với chiều rộng vành của bánh răng gia công thì dao
có thể chỉ cần chuyển động cắt v, nếu như chiều rộng vành răng lớn hơn 20 mm thì
dao, ngoài chuyển động cắt v còn phải chạy dao dọc s. Sau khi phay xong một
rãnh, bàn dao có mang dao phay đĩa được quay đến vị trí ban đầu, vật gia công
được quay đi một bước bằng dung cụ chia độ và chu ky làm viêc lặp lại.
Gia công bằng phương pháp này tăng năng suất 3-7 lần và thời gian giảm
40% so với các phương pháp lăn thông thường khác. Các máy chuyên dùng như

5P23 của liên xô, ZFTK của Đức, No104 và 114 của Mỹ thực hiện gia công bánh
răng côn theo phương pháp này.
+Bào răng bao hình:
Bào răng bao hình thường được sử dụng để gia công các bánh răng côn
có môđun nhỏ.
Phương pháp này có tính vạn năng cao, đảm bảo chất lượng gia công
bằng dụng cụ đơn giản, rẻ tiền. Tuy nhiên, vì năng suất thấp, do đó nó chỉ được
dùng trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ.
Trong quá trình cắt, bánh răng gia công và bánh dẹt sinh ăn khớp với
nhau. Các dao bào răng thực chất là một răng của bánh dẹt sinh, còn lưỡi cắt thẳng
của dao là các phía của các răng kề nhau của bánh dẹt sinh.
Máy bào răng cổ điển Bilgram Reinecker được coi là loại máy bao hình
gia công bánh răng lâu đời nhất. Hiện nay, tuy không còn được sử dụng để gia
công nữa nhưng nhờ vào nó ta dễ nhận thấy được nguyên lý gia công bánh răng
côn răng thẳng bằng phương pháp bao hình.
- Trục vít 1 truyền chuyển động quay cho giá 3 qua bánh vít 2, giá 3
mang cả trục 4 quay quanh tâm của nó. Cam 5 là một nửa hình elip được hai băng
thép 10 giữ cho luôn luôn tiếp xúc với mặt phẳng 6 và chỉ có thể lăn không trượt
trên đó. Cam 5 giữ vai trò như một mặt nón có góc đỉnh đúng bằng nón chia của
SVTH: Nguyễn Văn Cường

24


Đồ án tốt nghiệp

Công nghệ chế tạo bánh răng côn.

bánh răng gia công 8. Khi trục 4 quay quanh trục của giá 3 buộc cam 5 phải lăn
không trượt trên mặt 6 làm cho bánh răng gia công 8 vừa quay trục của nó vừa

quay quanh trục của giá 3.Như vậy, bánh răng gia công 8 đã thực hiện đúng
chuyển động ăn khớp với bánh dẹt sinh 9 tưởng tượng đứng yên. Dao 7 chỉ có
chuyển động tới lui để cắt gọt, quỹ đạo của lưỡi cắt chính là một cạnh răng của
bánh dẹt sinh tưởng tượng 9.
-nguyên lý gia công:

K
5

9
4

7

K
3
6

8
2

1

Hình III-10. Sơ đồ nguyên lý của máy bào răng Bilgram Reinecker
- Phương pháp này mỗi lần gia công được một cạnh bên của răng, gia
công xong, người ta tiến hành phân độ để gia công tiếp cạnh bên của răng tiếp
theo. Khi đã gia công xong cạnh bên của tất cả các răng, để gia công các cạnh bên
đối diện của các răng, bánh răng gia công vẫn được gá đặt như cũ nhưng dao sẽ
được thay bằng dao khác có lưỡi cắt ngược với lưỡi cắt ban đầu.
Vì mỗi lần chỉ cắt một bên cạnh răng nên bào một dao cho năng suất thấp.

Do vậy để năng cao năng suất, ngày nay người ta thường dùng phương pháp bào
bằng hai dao với dao vừa có chuyển động cắt, vừa có chuyển động bao hình do giá
dao lắc lư quay quanh trục của nó; còn chi tiết chỉ quay quanh trục của nó.

SVTH: Nguyễn Văn Cường

25