Bộ môn GCVLDCCN đồ án tốt NGHIỆP BIÊN DẠNG KHÔNG THÂN KHAI
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.81 MB, 102 trang )
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................... 3
Chƣơng I: TỐNG QUAN VỀ CÁC CHI TIẾT RĂNG VÀ DỤNG CỤ GIA CÔNG .................. 5
BIÊN DẠNG KHÔNG THÂN KHAI .............................................................................................. 5
1. 1 Chi tiết răng có biên dạng cung tròn .................................................................................... 5
1.1.1 Tổng quan. ............................................................................................................................ 5
1.1.2. Phƣơng pháp chế tạo, dụng cụ gia công ............................................................................ 6
1.2. Chi tiết răng biên dạng cycloid ............................................................................................ 8
1.2.1. Tổng quan. ........................................................................................................................... 8
1.2.2. Phƣơng pháp chế tạo......................................................................................................... 10
1.3. Đĩa xích .................................................................................................................................. 11
1.3.1. Tổng quan .......................................................................................................................... 11
1.3.2. Phƣơng pháp chế tạo......................................................................................................... 11
1.4. Bánh cóc ................................................................................................................................ 13
1.4.1. Tổng quan .......................................................................................................................... 13
1.4.2. Phƣơng pháp chế tạo......................................................................................................... 13
1.5. Then hoa ................................................................................................................................ 13
1.5.1. Tổng quan .......................................................................................................................... 13
1.5.2. Chế tạo................................................................................................................................ 15
Chƣơng II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ ....................................................................... 16
DAO LĂN TRỤC THEN HOA ...................................................................................................... 16
2.1. Phƣơng pháp định tâm. ....................................................................................................... 16
2.2. Nguyên lý thiết kế. ................................................................................................................ 17
2.3. Tiết diện pháp tuyến profin chi tiết – trục then hoa: ....................................................... 18
2.4. Xác định profin lƣỡi cắt bằng phƣơng pháp đồ thị. ......................................................... 19
2.5. Xác định profin lƣỡi cắt bằng phƣơng pháp giải tích. ..................................................... 21
2.5.1. Xác định profin lƣỡi cắt bằng đồ thị giải tích theo nguyên lý ăn khớp. ....................... 21
2.5.2. Xác định prôfin lƣỡi cắt bằng phƣơng pháp giải tích theo nguyên lý bao hình. ......... 23
2.6. Xác định bán kính vòng tròn tâm tích (lăn) r của chi tiết. ............................................... 26
2.7. Đƣờng cong chuyển tiếp...................................................................................................... 29
2.8. Dao phay lăn trục then hoa có rãnh ở chân răng (định tâm theo đƣờng kính trong), dao
phay có gờ. ................................................................................................................................... 32
2.9. Cung tròn thay thế. ............................................................................................................. 33
2.9.1. Xác định tọa độ tâm Ot và bán kính R0........................................................................... 34
2.9.2. Xác định sai số khi thay thế profin lý thuyết bằng cung tròn. ..................................... 36
1
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.10. Các kích thƣớc profin răng dao phay lăn trục then hoa................................................ 37
2.11. Kích thƣớc kết cấu dao phay lăn trục theo hoa. ............................................................. 39
2.12. Các góc ở lƣỡi cắt dao phay lăn trục then hoa................................................................. 40
2.13. Các dạng mặt vít cơ sở của dao phay lăn. ........................................................................ 41
2.13.1. Mặt vít Acsimet kín ......................................................................................................... 41
2.13.2. Mặt vít hở (convoluyt)..................................................................................................... 43
2.13.3. Mặt xoắn vít thân khai. ................................................................................................... 44
Chƣơng III: THIẾT KẾ ................................................................................................................. 46
DAO PHAY LĂN TRỤC THEN HOA.......................................................................................... 46
3.1. THIẾT KẾ BÌNH THƢỜNG ............................................................................................. 46
3.1.1. Các thông số trục then hoa dùng cho thiết kế dao......................................................... 46
3.1.2.Xác định profin dụng cụ . .................................................................................................. 47
3.1.3. Kết cấu dao. ....................................................................................................................... 51
3.1.4. Điều kiện kỹ thuật dao phay lăn trục then hoa. ............................................................. 54
3.2. ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ ..................................... 56
DAO PHAY LĂN TRỤC THEN HOA...................................................................................... 56
3.2.1. Khái quát về lập trình trong AutoCAD.......................................................................... 56
3.2.2. Thiết kế file Excell ............................................................................................................ 59
3.2.3. Lập trình VBA .................................................................................................................. 62
3.2.4. So sánh phƣơng pháp thiết kế thông thƣờng và phƣơng pháp ứng dụng công nghệ tin
học trong thiết kế ......................................................................................................................... 63
Chƣơng IV: ỨNG DỤNG CAD/CAM VÀO GIA CÔNG CHẾ TẠO DAO PHAY LĂN TRỤC
THEN HOA TRÊN MÁY CNC ..................................................................................................... 66
4.1. Sơ lƣợc quy trình công nghệ gia công bằng phƣơng pháp truyền thống ...................... 71
4.1.1. Chọn vật liệu làm dao. ..................................................................................................... 71
4.1.2. Chọn mặt xoắn vít. .......................................................................................................... 73
4.1.3. Phân tích tính công nghệ. ............................................................................................... 74
4.1.4. Phƣơng pháp tạo phôi ...................................................................................................... 75
4.1.5. Thiết kế quy trình công nghệ .......................................................................................... 77
4.2. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC .......................................... 84
KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................................................... 96
PHỤ LỤC ......................................................................................................................................... 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................ 102
2
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU
Trong các nghành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp chế tạo ôtô, máy
móc, cơ khí động lực,…hệ thống truyền động được sử dụng nhiều. Để truyền tải trọng
giữa trục và bánh răng, bánh đà, bánh đai,…người ta sử dụng then. Khi yêu cầu tải
trọng lớn, độ đồng tâm giữa trục và bạc cao hoặc cần di trượt bạc dọc trục thì then hoa
được lựa chọn.
Theo hình dạng profin, mà ta có các loại then hoa khác nhau và dụng cụ gia công
các loại then này cũng khác nhau. Then hoa, chủ yếu là then hoa chữ nhật được sử
dụng khá nhiều ở nước ta. Then hoa chữ nhật chế tạo bằng dao lăn trục cho chất lượng
tốt và năng suất cao. Để thiết kế chế tạo ra các dao phay lăn trục then hoa, theo
phương pháp thông thường người kỹ sư thiết kế phải tốn rất nhiều thời gian để thiết kế
và tính toán các thông số kỹ thuật sao cho chính xác.Trong quá trình thiết kế các bản
vẽ bằng tay họ phải lặp đi lặp lại một số chi tiết hay khi vẽ sai phải thực hiện bản vẽ đó
lại từ đầu. Điều này khiến cho người thiết kế mất rất nhiều thời gian và làm giảm chất
lượng bản vẽ. Từ thực tế đó, rất nhiều kỹ sư thiết kế mong muốn có được công cụ hỗ
trợ mình trong công việc thiết kế nhằm nâng cao chất lượng bản vẽ. Nắm bắt nhu cầu
này, các công ty phần mềm đã cho ra đời một loạt các phần mềm hỗ trợ như
AutoCAD, SAP, AutoCAD Mechanical...
Tuy nhiên, trên thực tế các phần mềm hỗ trợ cũng chỉ đáp ứng được các yêu cầu
chung nhất, tổng quát nhất của các kỹ sư thiết kế. Việc thiết kế vẫn phải yêu cầu cáckỹ
sư tính toán profin cho từng kích thước then làm khối lượng tính toán và thời gian làm
việc vẫn nhiều. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, áp dụng công
nghệ thông tin vào việc thiết kế có thể giúp người kỹ sư hoàn thành nhanh chóng bản
vẽ chế tạo mà không cần mất nhiều thời gian. Mọi công việc đều do phần mềm mà
người kỹ sư viết ra đảm đương, việc thiết kế là hoàn toàn tự động.
Trong đồ án tốt nghiệp này, nhiệm vụ được giao là “ Xây dựng phần mềm tự
động thiết kế và nghiên cứu ứng dụng CAD/CAM thiết kế dao phay lăn trục then hoa”.
3
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thời gian thực tập và làm đồ án chúng em đã có tìm hiểu về nguyên lý tạo hình
và quy trình công nghệ chế tạo, có thêm hiểu biết về lập trình VBA trong AutoCAD và
xây dựng được phần mềm tự động thiết kế dao phay lăn trục then hoa.
Trong thời gian thực tập và làm đồ án chúng em đã rất cố gắng hoc tập, tìm hiểu
và nghiên cứu đề tài. Đồng thời với sự hướng dẫn, giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy Lê
Thanh Sơn cùng các thầy cô giáo trong Khoa, Bộ môn Gia công vật liệu và dụng cụ
công nghiệp, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đến nay chúng em đã hoàn thành đồ
án tốt nghiệp đúng thời hạn và khối lượng công việc được giao.
Tuy nhiên, do đề tài là rất mới mẻ và kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không
tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong được sự đóng góp ý kiến, bổ sung
của thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô khác trong bộ môn và bạn đọc để đồ án chúng
em được hoàn chỉnh hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 13 tháng 6 năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:
Phạm Văn Thắng
Nguyễn Danh Thăng
4
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chƣơng I: TỐNG QUAN VỀ CÁC CHI TIẾT RĂNG VÀ
DỤNG CỤ GIA CÔNG
BIÊN DẠNG KHÔNG THÂN KHAI
Các chi tiết có profin không thân khai trong thực tế thường gặp như bánh răng
cycloid, bánh răng novikov, trục then hoa thẳng đối xứng, then hoa răng hình thang,
đĩa xích, bánh cóc,…
1. 1 Chi tiết răng có biên dạng cung tròn
1.1.1 Tổng quan.
Chi tiết răng có biên dạng cung tròn chủ yếu là các loại bánh răng. Trong những
năm gần đây, bộ truyền bánh răng có biên dạng răng cung tròn được sử dụng ngày
càng rộng rãi. So với các biên dạng khác đang được sử dụng trong truyền động bánh
răng, biên dạng cung tròn có một số ưu điểm nổi bậc như khả năng tải cao hơn, độ bền
tiếp xúc lớn hơn, khả năng bôi trơn tốt hơn và tính chống mòn cao.
Bánh răng có biên dạng cung tròn hiện nay được sử dụng trong các hộp giảm tốc
tốc độ thấp, truyền động với công suất lớn. Phiên bản đầu tiên của bánh răng cung tròn
dựa trên sự tạo hình bằng dao thanh răng biên dạng cung tròn do Novikov-Wildhaber
đề xuất. Từ khi ra đời đến nay, nhiều tác giả tiếp tục nghiên cứu về lý thuyết tạo hình,
tính toán thiết kế và công nghệ gia công bánh răng biên dạng cung tròn. C. B. Tsay, Z.
H. Fong, S. Tao (1989) sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm khảo sát ứng suất
uốn và tiếp xúc trong răng, nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng dao thanh răng như
bán kính góc lượn và góc áp lực pháp… đến ứng suất uốn. Litvin và cộng sự (2002)
áp dụng hai dao thanh răng không tương hợp có biên dạng parabol nội tiếp nhằm tạo ra
một phiên bản mới của bánh răng cung tròn.. Shyue-Cheng Yang (2008) đề xuất mô
hình toán học bánh răng cung tròn ba đoạn, nghiên cứu lý thuyết tạo hình mặt răng
bánh dẫn và bánh bị dẫn từ biên dạng dao thanh răng, ảnh hưởng của sai lệch khoảng
cách trục đến sai số truyền động, phân tích ứng suất uốn theo mô hình 3D. Yi-Cheng
Wu và cộng sự (2009) nghiên cứu mô hình toán học của mặt răng bánh răng cung tròn
5
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
răng cong dựa trên lý thuyết bao hình, nghiên cứu sai số động học và vết tiếp xúc của
cặp bánh răng đề xuất.
Răng ăn khớp Nivokov có profin răng được chế tạo theo cung tròn, profin răng
lõm có bán kính lớn hơn profin răng lồi. Sự khác nhau giữa ăn khớp Novikov và ăn
khớp thân khai là đường ăn khớp không nằm theo chiều ngang mà theo chiều cao tạo
thành góc 900 với phương của răng. Trong quá trình làm việc điểm tiếp xúc của các
răng dịch chuyển theo đường thẳng song song với các trục quay của bánh răng. Đường
này được gọi là đường ăn khớp. Khoảng cách từ gốc ăn khớp tới đường ăn khớp được
gọi là hế số dịch chỉnh e. Hệ số dịch chỉnh e có quan hệ với tốc độ trượt của các bề
mặt răng. Khi chạy nhanh các răng ăn khớp với nhau trên toàn bộ chiều cao nên ăn
khớp điểm trở thành ăn khớp đường.
Ưu điểm của bộ truyền ăn khớp Novikov là có khả năng chịu tải trọng lớn và độ
chống mài mòn cao hơn ăn khớp thân khai. Bởi vậy bộ truyền ăn khớp Nivokov luôn
là ưu tiên chọn lựa của các may móc phải làm việc trong thòi gian dài và phải đảm bảo
tải trọng lớn. Trong ăn khớp Novikov không ăn khớp theo chiều cao cho nên các bánh
răng có dạng răng nghiêng, cũng chính vì vậy mà bộ truyền ăn khớp Novikov chạy êm
hơn bộ truyền ăn khớp thân khai.
Hình 1.1 Bánh răng Novikov
1.1.2. Phƣơng pháp chế tạo, dụng cụ gia công
1.1.2.1. Phương pháp bao hình
6
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Phương pháp bao hình để tạo hình biên dạng răng cung tròn cũng tương tự như
phương pháp tạo hình biên dạng thân khai. Tuy nhiên, khác với biên dạng thân khai,
thanh răng sinh trong bánh răng cung tròn làmột đường cong trơn, đều, tổ hợp của
nhiều cung tròn.
Với phương pháp này dụng cụ cắt được coi như lăn tương đối trên vành cùa bánh
răng gia công, khi đó các lưỡi cắt dụng cụ dần dần chiếm các vị trí trên bánh răng mà
đường bao của chúng là profin của bánh răng gia công. Dụng cụ gia công bánh răng
dạng cung tròn bằng phương pháp bao hình là dao phay lăn. Mỗi dao phay gia công 1
loại bánh răng trên máy chuyên dùng. Phương pháp này cho năng suất cao và độ chính
xác cao, thích hợp với sản xuất hàng loạt.
Hình 2.3 Phương pháp bao hình gia công bánh răng dạng cung tròn
a. Sơ đồ cắt
;
b. Dao phay lăn
1.1.1.2. Phương pháp định hình
Là phương pháp dùng dụng cụ cắt có lưỡi dạng răng cắt từng rãnh răng, sau đó
phân độ một góc 360/Z cho đến răng cuối cùng. Phương pháp định hình chế tạo bánh
răng dạng cung tròn tương tự như chế tạo bánh răng thân khai, khác nhau ở profin. Sử
dụng dao phay modun và đầu phân độ để gia công bánh răng. Độ chính xác của
phương pháp này phụ thuộc vào gá đặt và đầu phân độ.
7
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.2 Phương pháp định hình gia công bánh biên răng dạng cung tròn
Ngoài ra người ta còn sử dụng phương pháp gia công tự động trên máy CNC từ
chương trình CAM.
- Máy phay CNC: sử dụng dao phay ngón.
- CNC cắt bằng dây EDM.
- CNC gia công cắt bằng tia laze.
- CNC gia công bằng tia nước.
1.2. Chi tiết răng biên dạng cycloid
1.2.1. Tổng quan.
Các chi tiết răng biên dạng cycloid trong thực tế thường gặp là các loại bánh răng
cycloid. Bánh răng Cycloid sử dụng hai đường cong Epicycloid và hypocycloid để đạt
được biên dạng chính xác và sự ăn khớp. Hai bánh răng lăn không trượt, đường kính
vòng chia của bánh răng được xác định trên vòng tròn ăn khớp của hai bánh răng.
Đỉnh răng của bánh răng bị động và chân răng của bánh răng chủ động có cùng một
phương trình.
Đường kính vòng sinh được tạo ra bởi sự cân bằng về tỷ lệ bán kính của một
trong các bánh răng. Để đảm bảo sự ăn khớp thì chân răng của bánh răng bị động và
đỉnh răng của bánh răng của bánh răng chủ động có thể là đường thẳng hoặc các
8
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
đường cong đảm bảo ăn khớp. Khi hai bánh răng ăn khớp sẽ tạo ra đường tròn ăn
khớp.
Đây là dạng ăn khớp không tiêu chuẩn, profin đỉnh răng có dạng Epicycloid,
profin chân răng có dạng hypocycloid. Đường Cycloid là tập hợp quỹ đạo chuyển
động của một điểm thuộc một đường tròn khi nó lăn không trượt trên một đường
thẳng.Đường Epicycloid là tập hợp quỹ đạo chuyển động của một điểm thuộc một
đường tròn khi nó lăn không trượt phía ngoài một đường tròn khác.Đường
hypocycloid là tập hợp quỹ đạo chuyển động của một điểm thuộc một đường tròn khi
nó lăn không trượt phía trong một đường tròn khác.
Hình 1.3: Bánh răng Cycloid
Các ưu điểm của bộ truyền bánh răng Cycloid:
+ Độ chính xác cao
+ Độ ồn cực thấp
+ Hiệu suất rất cao
+ Hệ số trùng khớp lớn
+ Áp suất tiếp xúc cực đại nhỏ vì biên dạng lồi tiếp xúc với biên dạng lõm
9
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Hệ số trượt là hằng số và nhỏ hơn trị số lớn nhất ở cặp bánh răng thân khai
tương ứng.
+ Áp lực riêng, ma sát và độ mài mòn của răng khi tiếp xúc với bề mặt lồi của
đàu răng với bề mặt lõm của chân răng nhỏ hơn so với ăn khớp thân khai.
+ Số răng có thể rất ít và không có hiện tượng cắt chân răng
Tuy nhiên loại bánh răng này còn tồn tại các nhược điểm sau:
+ Không có khả năng dịch tâm
+ Không có khả năg lắp lẫn
Ứng dụng:
Các bộ truyền bánh răng biên dạng Cycloid thường được sử dụng trong các bộ
truyền yêu cầu độ chính xác cao và làm việc êm như: trong đồng hồ đeo tay, đồng hồ
treo tường, đồng hồ so, bơm bánh răng,..
1.2.2. Phƣơng pháp chế tạo.
Với biên dạng Cycloid, nếu sử dụng phương pháp phay định hình hay phương
pháp phay lăn răng, xọc bao hình thì không đảm bảo độ chính xác về biên dạng răng,
tỷ số truyền, bước răng…
- Phương pháp dập thể tích.
Phương pháp gia công áp lực có khả năng tạo hình tốt. Đó là phương pháp tạo
hình biến dạng, hình dáng và kích thước của răng được hình thành không phải do hớp
kim loại thừa mà do sự phân bố lại lớp kim loại đó. Kim loại sau khi biến dạng có độ
bền và độ cứng cao hơn. Ở lớp ngoài cùng xuất hiện ứng suất dư nén, có ảnh hưởng tốt
đến điều kiện làm việc với tải trọng của răng. Khuôn dập được chế tạo với độ chính
xác cao bằng phương pháp gia công tia lửa điện.
- Gia công trên máy CNC.
Bánh răng cycloid có thể gia công trên máy mài CNC, phay CNC, gia công bằng
laze, dây EDM,…
10
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.3. Đĩa xích
1.3.1. Tổng quan
Đĩa xích là một dạng chi tiết trong họ chi tiết dạng bánh răng, chúng là một loại
chi tiết có một hoặc một số trụ mà tâm của chúng song song với nhau. Đĩa xích có
hình dạng kết cấu như bánh răng. Hình dạng kích thước profin răng được quy định
theo tiêu chuẩn. Các chi tiết dạng đĩa xích có nhiều loại: đĩa xích con lăn, đĩa xích
răng, bánh đai dai thang. Bộ truyền xích có nhiều ứng dụng trong truyền động do có
nhiều ưu điểm. Không có hiện tượng trượt, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột,
hiệu suất cao, không đòi hỏi phải căng xích, kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền
đai, góc ôm không có ý nghĩa nên có thể truyền cho nhiều bánh xích bị dẫn.
a)
b)
Hình 1.4 Đĩa xích
a. Chi tiết đĩa xích
b. Một số dạng profin đĩa xích
- Truyền công suất và chuyển động giữa trục có khoảng cách xa, cho nhiều trục
đồng thời trong trường hợp n < 500v/p
- Công suất truyền thông thường < 100 kW, tỉ số truyền < 6, hiệu suất 0,95..0,97
1.3.2. Phƣơng pháp chế tạo.
Đĩa xích có đường kính nhỏđược chế tạo bằng dập. Đĩa xích đường kính trung
bình và lớn được chế tạo riêng mayo và vành răng rồi ghép lại bằng hàn hoặc bulong.
11
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.3.2.1 Phƣơng pháp dập
Dập tạo hình đĩa xích trong khuôn, sản phẩm có chất lượng tốt, độ bền, độ cứng
cao nhờ ưu điểm của gia công áp lực.
1.3.2.2 Phƣơng pháp bao hình
Hình 1.5
a. Dao phay lăn đĩa xích
b. Sơ đồ phay lăn đĩa xích
Tương tự như với chế tạo bánh răng bằng phương pháp bao hình, chế tạo đĩa xích
cũng sử dụng dao phay lăn (hình 1.5).
1.3.2.3 Phƣơng pháp định hình
Giống như gia công báng răng bằng phương pháp chép hình.
Hình 1.6 Gia công đĩa xích bằng phương pháp định hình
Gia công trên máy CNC:
12
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đĩa xích có thể được gia công trên máy phay CNC, gia công bằng laze, dây
EDM,…
1.4. Bánh cóc
1.4.1. Tổng quan
Bánh cóc là một chi tiết dạng răng có profin được chế tạo để sử dụng với mục
đích tạo chuyển động quay một chiều bởi một chuyển động tịnh tiến. Hoặc đơn giản là
một cơ cấu chỉ cho phép quay theo một chiều, cho phép quay theo chiều ngược lại nếu
có điều khiển. Profin của bánh cóc thường không đối xứng.
Hình 1.7 Các loại bánh cóc
Bánh cóc được dùng nhiều trong đồng hồ, được dùng làm cơ cấu chặn trong máy
nâng chuyển (Thiết bị dừng bánh cóc, tay quay an toàn,…) hoặc để thực hiện chuyển
động quay tròn một chiều không liên tục (cơ cấu chạy dao của máy bào ngang, máy
xọc, cơ cấu dẫn tiến trong đường dây tự động, líp xe,vv...).
1.4.2. Phƣơng pháp chế tạo.
Với vài loại bánh cóc có profin không đối xứng thì ko dùng được phương pháp
phay lăn để chế tạo. Bánh cóc có thể được chế tạo từ phương pháp định hình bằng sử
dụng dao phay định hình và đầu phân độ hoặc được chế tạo bằng phương pháp dập,
gia công trên máy CNC sử dụng phương pháp cắt bằng laze, tia nước,…
1.5. Then hoa
1.5.1. Tổng quan
Mối ghép then dùng để cố định các chi tiết máy trên trục theo phương tiếp tuyến,
truyền tải trọng từ trục đến chi tiết máy lắp trên trục và ngược lại.Ví dụ: dùng để ghép
13
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
bánh răng, bánh vít, bánh đai, bánh đà, đĩa xích trên trục. Có thể coi mối ghép then hoa
như một mối ghép then bằng gồm có nhiều then làm liền với trục.
- Then hoa thân khai: profin then có dạng thân khai (hình1.8b). Chế tạo then hoa
thân khai thực chất giống chế tạo bánh răng. Loại then này ít phổ biến.
- Then hoa tam giác: profin then có dạng tam giác (hình 1.8c). Loại then hoa này
ít được dùng trong thực tế.
- Then hoa hình thang: profin then có dạng hình thang, cũng như then hoa tam
giác, then hoa hình thang cũng không được dùng nhiều.
- Then hoa chữ nhật: profin then có dạng chữ nhật (hình 1.8a). Đây là loại then
hoa được sử dụng và chế tạo nhiều nhất do có nhiều ưu điểm, chịu lực tốt, dễ chế
tạo,…
Hình 1.8 Các dạng răng của then
Có hai loại mối ghép bằng then hoa: mối ghép cố định và mối ghép di
động
+ Mối ghép cố định:là mối ghép trong đó moayơ không thể di trượt dọc trục. Ở
đây then hoa có thể là hình trụ hoặc hình côn. Then hoa hình côn có ưu điểm là
moayơ và trục khít chặt vào với nhau do dó làm việc tốt ngay cả khi tải trọng thay đổi,
thường được dùng nhiều trong ô tô, máy kéo.
+ Mối ghép di động: là mối ghép trong đó moayơ có thể di động dọc trục như
trong các hộp tốc độ của máy công cụ. Mối ghép di động chỉdùng thenhoa hình trụ.
Mối ghép then hoa thường dùng khi tải trọng lớn, yêu cầu độ đồng tâm giữa trục
và bạc cao, hoặc cần di trượt bạc dọc trục.
14
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.5.2. Chế tạo
1.5.2.1 Phương pháp bao hình
Then hoa được chế tạo bằng phương pháp bao hình sử dụng dao phay lăn trục
then hoa trên máy chuyên dùng. Phương pháp này cho năng suất và độ chính xác cao
và được sử dụng rộng rãi. Then hoa còn có thể được chế tạo bằng phương pháp xọc
bao hình như bánh răng nhưng phay lăn vẫn là phương pháp được dùng chủ yếu. Đối
với then hoa có profin thân khai thì có thể sử dụng dao phay lăn răng tương ứng để gia
công. Đối vớidao phay lăn trục then hoa răng chữ nhật chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ cơ sở lý
thuyết cũng như quy trình chế tạo trong các chương sau.
Hình 1.9 Dao phay lăn trục then hoa chữ nhật
1.5.2.2 Phương pháp định hình
Dùng dao phay đĩa định hình có hình
dạng của rãnh then hoa. Sau khi gia công
một rãnh, chia độ để gia công rãnh tiếp theo
Then hoa còn có thể được chế tạo bằng
phương pháp bào, xọc. Tuy nhiên, phương
pháp này cũng như phay định hình ít được
sử dụng do năng suất và độ chính xác không
cao bằng phương pháp bao hình.
Hình 1.10 Phay định hình then hoa
15
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Kết luận: Qua chương trên, em đã hiểu rõ về các loại chi tiết răng có biên dạng
không thân khai, phương pháp chế tạo, dụng cụ chế tạo, ưu nhược điểm và phạm vi
ứng dụng của chúng.
Chƣơng II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ
DAO LĂN TRỤC THEN HOA
Trong các loại then hoa thì then hoa răng chữ nhật được sử dụng nhiều nhất trong
các loại then hoa do có nhiều ưu điểm: dễ chế tạo, moayơ có thể di động dọc trục, độ
bền cao, dễ định tâm,…
2.1. Phƣơng pháp định tâm.
Để đảm bảo độ đồng tâm mối ghép then hoa, có thể thực hiện theo 3 cách:
-
Định tâm theo cạnh bên (Hình 2.1 a). Độ chính xác đồng tâm giữa trục và bạc
không cao. Cần phải đảm bảo chính xác bước then, do đó tải trọng phân bố
đều trên các then. Kiểu định tâm này dùng khi mối ghép chịu tải trọng lớn,
yêu cầu độ chính xác đồng tâm không cao.
-
Định tâm theo đường kính ngoài D (Hình 2.1 b). Do kích thước D lớn hơn d
nên dễ đạt độ chính xác đồng tâm cao. Nhưng rãnh then trên mayơ không mài
được. Do đó kiểu định tâm này không dùng được khi mayơ cần có độ rắn bề
mặt cao. Tải trọng phân bố trên các then không đều nhau.
-
Định tâm theo đường kính trong d (Hình 2.1 c). Kiểu này đạt được độ chính
xác đồng tâm tương đối cao. Rãnh trên trục có thể mài, do đó phương pháp
này có thể dùng ngay cả khi yêu cầu độ rắn bề mặt của trục và bạc then hoa
cao. Tải trọng phân bố không đều trên các then. Kiểu định tâm này được dùng
khá phổ biến trong thực tế.
16
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.1 Các phương pháp định tâm mối ghép then hoa
Gia công then hoa răng chữ nhật có nhiều phương pháp. Phương pháp gia công
phổ biến cho năng suất và độ chính xác cao là phăy lăn then hoa trên máy chuyên
dùng.
Trong chương này, ta sẽ nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế dao phay lăn trục
then hoa.
2.2. Nguyên lý thiết kế.
Trục then hoa trong thực tế không ăn khớp chuyển động với chi tiết nào chỉ là
mối ghép với lỗ then hoa. Vì vậy, không có chi tiết nào có thể sử dụng để làm dụng cụ
như thiết kế các dụng cụ cắt bánh răng thân khai (dao phay lăn răng như là trục vít ăn
khớp với bánh răng ). Khi thiết kế dao phay lăn trục then hoa phải giả thiết rằng trục
then hoa (bánh răng) sẽ ăn khớp với thanh răng. Thanh răng tính toán được sử dụng
làm thanh răng khởi thủy của trục vít cơ bản của dao phay lăn trục then hoa.
Do đó , profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa được thiết kế tính toán như là
profin thanh răng ăn khớp với trục then hoa. Có nghĩa là khi trục then hoa quay quanh
tâm của nó thì thanh răng chuyển động tịnh tiến với điều kiện lăn không trượt của
vòng tròn tâm tích chi tiết lên đường thẳng tâm tích (lăn) của thanh răng (hình trụ tâm
tích của dao). Khi thanh răng chuyển động được một bước trên đường thẳng tâm tích,
có nghĩa là dao phay quay được một vòng quanh trục của nó thì phôi (trục then hoa)
phải quay được một bước trên vòng tròn tâm tích. Quan hệ chuyển động đó được máy
đảm bảo bởi xích tạo hình.
17
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3. Tiết diện pháp tuyến profin chi tiết – trục then hoa:
Để thiết kế được profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa, tức là xác định
profin thanh răng ăn khớp với trục then hoa, trước hết cần xác định profin chi tiết
trong tiết diện pháp tuyến với trục.
-
Đường kính ngoài: De = 2Re
-
Đường kính ngoài tính toán: Dct = Dmax
-
Đường kính chân răng: Di = 2Ri
-
Đường kính chân răng tính toán: Dit = Dimin + 0,25∆Di
-
Chiều rộng then B, số then Zc
-
Chiều rộng then tính toán Bt: Bmin + 0,25∆B; B = 2e =2r0
B
E
P
h'1
h"1
tc
I
i
r
S e1
Re
e
Ri
ro=e
Hình 2.2
-
Góc profin γ.
e = Re.sinγe = Ri.sinγi ;
-
Góc profin tại điểm P là γ:
r.sinγ = Re.sinγe = Ri.sinγi = B/2 = e = r
-
Bước pháp tuyến theo vòng tròn tâm tích: tc
-
Chiều cao chân răng h1” = r - Ri
2 r
Zc
18
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
Chiều cao đầu răng h’1 = Re – r
-
Chiều dày răng trên cung tròn vòng tròn tâm tích Se1 = 2r.γ
-
Chiều rộng rãnh theo cung vòng tròn tâm tích Sc1
2 r
2r.
Zc
2.4. Xác định profin lƣỡi cắt bằng phƣơng pháp đồ thị.
Cơ sở của phương pháp này dựa vào nguyên lý thiết kế: chi tiết quay và dụng cụ
tịnh tiến với điểu kiện hai đường tâm tích lãn không trượt lên nhau. Trong quá trình
chuyển động của chi tiết và dao, tìm điểm tiếp xúc giữa lưỡi cắt và chi tiết. Theo
nguyên lý bao hình tại điểm tiếp xúc C của hai prôfin có tiếp tuyến chung và pháp
tuyến chung. Pháp tuyến chung phải đi qua tâm quay tức thời p. Tâm quay tức thời tại
các thời điểm là điểm tiếp xúc của hai đường tâm tích (vòng tròn r của chi tiết và
đường thẳng D của dụng cụ (thanh răng)
Trên cơ sở các chuyển động tạo hình và nguyên lý làm việc, prôfin chi tiết được
biểu diễn trên hình vẽ và vòng
tròn tâm tích r tiếp xúc với
đường thẳng tâm tích (lăn) D của
dụng cụ như hình bên.
Như vậy tại thời điểm ban
dầu khi vẽ, prôfin lưỡi cắt và chi
tiết tiếp xúc với nhau lại điểm P điểm của chi tiết trên vòng tròn
tâm tích r và của dao trên đường
thăng tâm tích D. Chi tiết chuvển
động quay, dụng cụ tịnh tiến theo phương song song với đường thẳng tâm tích với tốc
độ V , với điểu kiện hai đường tâm tích lăn không trượt lên nhau. Điểm tiếp xúc P
được gọi là cực tạo hình.
19
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Vẽ profin chi tiết ở các vị trí khác nhau trong quá trình chuyển động ứng với các
góc quay tương ứng 1 ,2 ,3 ,...i ... (chi tiêt có các vị trí tương ứng d1d2… trên hình
2.4 tiếp tuyến với vòng tròn e - vì profin chi tiết là đường thẳng tiếp tuyến với vòng
tròn e). Tìm điểm tiếp xúc C của prôfin chi tiết và lưỡi cắt dao (profin thanh răng)
bằng cách từ P hạ đường vuông góc với profin chi tiết, pháp tuyến PC chính là pháp
tuyến chung tại điểm C, phải đi qua tâm quay tức thời P. Điểm C chính là điểm lưỡi
cắt đồng thời là điểm prôfin chi tíếl tại thời điểm i . Điểm Ci (C4) gọi là điểm tạo
hình. Tập hợp tất cá các điểm Ci (C4) ở các thời điểm khác nhau ứng với vị trí khác
nhau của profin chi tiết trong quá trình chuyển động ta đuợc đường cong. Đó là đường
tạo hình (ăn khớp). Profin lưỡi cắt và chi tiết tiếp xúc với nhau trang quá trình chuyển
động tại các điểm trên đường tạo hình. Để xác định prôfin lưỡi cắt - điểm tiếp xúc Ci
(C4) (điểm của lưỡi cắt) được lùi lại một đoạn bằng cung Pdi (trên hình là Pdi) được
các điểm ai(a4). Đó là điểm profìn lưỡi cắt. Vì so với vị trí ban đầu điểm của lưỡi cắt
tại Ci (C4) đã chuyển độngtịnh tiến một đoạn Pei Pdi . Nối các điểm ai được profin
lưỡi cắt.
20
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
a11
c11
e11
P
d11
b)
Hình 2.4. Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp vẽ
a) Tạo hình phần đầu răng; b) Tạo hình phần chân răng
2.5. Xác định profin lƣỡi cắt bằng phƣơng pháp giải tích.
2.5.1. Xác định profin lƣỡi cắt bằng đồ thị giải tích theo nguyên lý ăn khớp.
- Profin chi tiết và dao tại thời điểm ban đầu tiếp xúc với nhau tại cực tạo hình P
-
O1x1y1 gắn với chi tiết.
-
Oxy gắn với dao.
-
PX0Y0 hệ trục cố định.
21
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Cho chi tiết quay, tại thời điểm bất kỳ φi, chi tiết ở vị trí i. Tại thời điểm bất kỳ i
xác định được điểm tiếp xúc Ci của dụng cụ và chi tiết. Viết tọa độ điểm Ci trong hệ
trục gắn liền với dụng cụ - đó chính là phương trình của prôfin lưỡi cắt, viêt toạ độ
điểm Ci tronghệ trục gắn tiền với chi tiết - đó là phương trình của prôfin chi tiết. Viết
tọa độ điểm Ci trong hệ cố định PX0Y0, đó là phương trình của đường tạo hình.
r.
i
x
y=y0ci
O4
x0,x,x1
i
G
B
Ci
D
C
x1
E
i
e=e0
Oc
r
x0ci
y
nc
y1
y0,y,y1
Hình 2.5. Xác định prôfìn lưỡi cắt theo phương pháp đồ thị giải tích
Phương trình đuờng tạo hình (G).
Trên hình 2.5 xác định được điểm Ci tiếp xúc của dao và chi tiết sau khi chi tiếtquay
một góc φi
Toạ độ điểm Ci trong hệ PX0Y0 được xác định như sau:
22
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
x0 PCi cos ; PCi PD DCi
PD r.sin ; DCi Oc .E e r.sin
x0 r.sin r.sin .cos
x0 r sin sin .cos
y0 PD DCi .sin r.sin r.sin .sin
y0 r sin sin .sin
Đặt ta có:
x0 r sin sin .cos
y0 r sin sin .sin
(2.1)
Phương trình profin lưỡi cắt.
Toạ độ điểm Ci trong hệ toạ độ Oxy gắn với dụng cụ được xác định theo hình 2.5 như
sau: khi chi tiết quay một góc φi thi dụng cụ tịnh tiến một đoạn PO r.i
x r x0Ci r r sin sin .cos
x r sin sin .cos
y y0Ci r. sin sin .sin
Hoặc:
x r sin sin cos
y r sin sin .sin
(2.2)
Phương trình trên là phương trình profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa.
2.5.2. Xác định prôfin lƣỡi cắt bằng phƣơng pháp giải tích theo nguyên lý
bao hình.
Để xác định prôfin lưỡi cắt theo nguyên lý bao hình, cho trước vòng tròn tâm
tích chi tiết có bán kính r tiếp xúc với đường tâm tích của dụng cụ (thanh răng) tại P và
lăn không trượt lên nhau, P là cực tạo hình.
Lấy P làm gốc tọa độ. Chi tiết và dụng cụ tại thời điểm gốc tiếp xúc với nhau tại
gốc toạ độ P. Đặt hê trục
O1x1 y1 gắn liền với chi tiết, hệ Oxy gắn liền với dụng cụ - đi
qua tâm Oc của chi tiết (hình 2.6).
23
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Dụng cụ và chi tiết chuyến động tương đối với nhau (chuyển động tạo hình) tham
số chuyển động là . Nếu cố định dụng cụ thì chi tiết sẽ chuyển động quay với thông
số là góc quay và chuyển động tịnh tiến với thông số là r , vì vòng tròn tâm tích
bán kính r lăn không trượt trên đường thẳng tâm tích D. Kết quả là profin chi tiết có
các vị trí khác nhau và tạo ra một họ profin chi tiết trong hệ trục của dụng cụ xOy với
tham số cùa họ là . Lưỡi cắt của dụng cụ phải tiếp xúc với chi tiết ở các vị trí khác
nhau, có nghĩa là phải tiếp xúc với họ profin chi tiết.
Hình 2.6. Xác định đường bao theo nguyên lý bao hình
Đường cong tiếp xúc với họ đường là đường bao của họ đường đó. Vì vậy tìm
profin lưỡi cắt tức là tìm đường bao của họ profin chi tiết trong chuyển động tạo hình.
Trên cơ sở đó profin dao phay lãn trục then hoa được xác định như sau:
- Phương trình của prôfin chi tiết trong hệ trục gắn liền với chi tiết
y = f(x)
O1x1 y1 là:
(2.3)
- Hệ Oxy gắn liền với dụng cụ.
- Cho chi tiêt chuyển động tương đối với dụng cụ (quay và tịnh tiến) với tham số
chuyến động là .
24
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
Bộ môn GCVL&DCCN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Với mỗi giá trị của chi tiết có vị trí xác định, thực hiện chuyển trục từ hệ
O1x1 y1 gắn với chi tiết sang hệ Oxy gắn với dụng cụ, phương trình profin chi tiết được
viết như sau:
x1 f1 ( x, y, )
(2.4)
y1 f 2 ( x, y, )
Thay (2.3) vào (2.4) ta có phương trình của profin chi tiết viết trong hệ gắn liền
với dao. Đó chính là phương trình của họ profin chi tiết.
F(x,y, )= 0
(2.5)
Phương trình đường bao cùa họ (2.5) được xác định khi giải đồng thời hai
phương trình.
F ( x, y , )
F ( x, y, )
(2.6)
Phương trình (2.6) là phương trình của profin lưỡi cắt dao.
Tính toán cụ thể với dao phay lăn trục then hoa được trình bày trên hình 2.6 như sau:
Phương trình của profin chi tiết (mặt bên trục then hoa) viết trong hệ
y1 x1.cot
O1x1 y1
(2.7)
Khi chi tiết chuyển động tương đối so với dụng cụ, tọa độ O1của hệ O1 x1 y1 gắn
liền với chi tiết trong hệ Oxy được xác định như sau (hình 2.5):
x01 r ( sin )
y01 r (1 cos )
(2.8)
Thực hiện chuyển hệ tọa độ của profin chi tiết, ứng với góc quay
sang hệ Oxy
gắn với dụng cụ - tương đương với phép xoay một góc
và một phép tịnh tiến theo
phương x.
x x1.cos y1.sin x01
y x1.sin y1.cos y01
(2.9)
Thay x01 và y01 từ (2.8) vào (2.9) và biến đổi ta có:
25
SVTH: Phạm Văn Thắng _ KTCK2 – K56
Nguyễn Danh Thăng _ KTCK7-K56
