Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo trục khuỷu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ
TẠO TRỤC KHUỶU

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

PGS.TS LƯU ĐỨC BÌNH
TRƯƠNG QUANG VINH

Đà Nẵng, 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Trương Quang Vỉnh
Số thẻ sinh viên: 101150153

Lớp: 15C1C Khoa: Cơ khí
Ngành: Cơng nghệ chế tạo máy
1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Sản xuất hàng loạt vừa.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
Phần I: Tổng quan về chi tiết trục khuỷu
+ Tổng quan về chi tiết trục khuỷu

C
C

+ Các phương pháp gia công bề mặt lệch tâm.
Phần II: Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu.
+ Phân tích về các đặt điểm về yêu cầu kỹ thuật bề mặt cần gia cơng.

R
L
T

U
D

+ Trình tự các ngun cơng gia công : sơ đồ gá đặt, chọn máy, dao, trang bị
cơng nghệ cho mỗi ngun cơng.
+ Tính lượng dư cho tất cả các bề mặt gia cơng.
+ Tính chế độ cắt cho tất cả các nguyên công gia công.
+ Tính thời gian cơ bản cho các ngun cơng.
+ Thiết kế đồ gá gia công.

5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
Bản vẽ thơng số hình học và các phương pháp gia công : 3A0
Bản vẽ chế tạo chi tiết và lồng phôi.: 1A0
Bản vẽ đồ gá gia công : 3A0
6. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Lưu Đức Bình
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
8. Ngày hoàn thành đồ án:

Trưởng Bộ môn

06 / 09 /2019
20/ 12 /2019
Đà Nẵng, ngày
tháng
năm 2019
Người hướng dẫn


LỜI NÓI ĐẦU
Với tốc độ phát triển như vũ bão của ngành khoa học kỹ thuật trên thế giới đó
cho ra đời nhiều loại trang thiết bị và máy móc hiện đại. Trong đó khơng thể khơng kể
đến ngành cơng nghệ chế tạo máy, nó đóng một vai trị chủ đạo trong sản xuất.
Công nghệ chế tạo máy chiếm vị trị đặc biệt quan trọng trong ngành cơ khí, nó
giúp cho các cán bộ kỹ thuật có cái nhìn tổng quát về lĩnh vực chế tạo các chi tiết nói
riêng và các sản phẩm thiết bị máy móc nói chung.
Với q trình phát triển cơng nghệ hiện đại, địi hỏi các cán bộ kỹ thuật phải nắm
chắc các công nghệ mới để đáp ứng sự phát triển của công nghệ cao nhằm tối ưu hố
q trình sản xuất, nâng cao năng xuất lao động và phát triển nền kinh tế quốc dân.
Nhiệm vụ của người kỹ sư công nghệ là căn cứ kết cấu của chi tiết để thiết kế
quy trình cơng nghệ tối ưu gia cơng chi tiết và tạo sản phẩm hoàn thiện. Đồ án tốt nghiệp

là bước đầu tiên tạo cho người kỹ sư có cái nhìn tổng hợp, đánh giá tổng quát toàn bộ

C
C

R
L
T

kiến thức bắt đầu làm quen với thực tế sản xuất để hoàn thành nhiệm vụ trên và là một
bước vô cùng quan trong để chúng em từng bước hoàn thiện bản thân mình và có nhiều
kiến thức trước khi bước ra cánh cổng trường đại học.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự chỉ dẫn tận tình của thầy PGS.TS Lưu Đức

U
D

Bình cũng như các thầy trong khoa Cơ khí và bạn bè đã giúp đỡ để chúng em có thể
hồn thành được đồ án này. Trong quá trình thiết kế cũng như chế tạo cịn nhiều thiếu
sót do vốn kiến thức bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm bản thân chưa có, rất mong các
thầy chỉ bảo để chúng em có cơ hội được hoàn thiện bản thân hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện

Trương Quang Vỉnh

i


CAM ĐOAN

Em xin cam kết chấp hành nghiêm chỉnh, đầy đủ quy định về liêm chính học thuật của
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng. Đồ án tốt nghiệp này là kết quả nghiên
cứu, thiết kế của chính bản thân em. Các kết quả nghiên cứu, thiết kế và các kết luận
trong đồ án là trung thực, không sao chép từ một nguồn nào và dưới bất cứ hình thức
nào. Trong q trình làm chúng em có tham khảo các tài liệu liên quan nhằm khẳng định
thêm sự tin cậy của đề tài. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích
dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Sinh viên thực hiện
Trương Quang Vỉnh

C
C

R
L
T

U
D

ii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................................i
CAM ĐOAN................................................................................................................... ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ....................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... viii

PHẦN I:TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT ...........................................................................1
I. Giới thiệu khái quát về trục khuỷu: ..............................................................................1
1.1. Tổng quan về động cơ đốt trong :.............................................................................1
1.2.

Tổng quan về trục khuỷu: ......................................................................................2

II.

Phân tích điều kiện kỹ thuật của trục khuỷu: .......................................................... 4

2.1.

Điều kiện làm việc của trục khuỷu: .......................................................................4

2.2.

Tải trọng cơ học: ...................................................................................................4

2.3.

Tải trọng ma sát .....................................................................................................4

2.4.

Tính cơng nghệ trong kết cấu của chi tiết : ........................................................... 5

2.5.

Vật liệu chế tạo trục khuỷu: ..................................................................................5

C
C

R
L
T

U
D

III. Yêu cầu kỹ thuật của trục khuỷu: ..............................................................................6
PHẦN II: THIẾT KẾ QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC KHUỶU ...........7
I.

Phân tích các đặc điểm về yêu cầu kỹ thuật bề mặt cần gia công. .........................7

1.1

Xác định dạng sản xuất: ........................................................................................7

1.2

Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi: ....................................................................7

1.3

Cấu tạo khuôn dập: ................................................................................................ 8

II.

VỊ

LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG CÁC BỀ MẶT VÀ CHUẨN ĐỊNH
.................................................................................................................................8

2.1. Nguyên công khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm : .........................................................8
2.1.1. Phương pháp gia công: .......................................................................................... 8
2.1.2. Chuẩn định vị: .......................................................................................................9
2.2. Nguyên công tiện cổ biên trục : ................................................................................9
2.2.1. Phương pháp gia công: .......................................................................................... 9
2.2.2. Chuẩn định vị: .....................................................................................................10
2.3. Các ngun cơng cịn lại : ......................................................................................10

iii


2.3.1. Phương pháp gia công: ........................................................................................ 10
2.3.2. Chuẩn định vị: .....................................................................................................10
III.

LẬP TIẾN TRÌNH CÁC NGUN CƠNG: .....................................................10

IV.

THIẾT KẾ CÁC NGUN CƠNG: ..................................................................11

4.1

. Ngun cơng 1: Phay hai mặt đầu, khoan lỗ tâm ..............................................11

4.2

Nguyên công 2: Tiện thô, tiện tinh trục bậc Ø65, Ø76, rảnh, vát mép ...............12

4.3

Nguyên công 3: Tiện thơ, tiện tinh các mặt trụ cịn lại. ......................................13

4.4

Ngun cơng 4: : Phay các mặt lắp đối trọng. ....................................................14

4.5

Nguyên công 5: Khoan các lỗ lắp đối trọng và taro ren. .....................................15

4.6

Ngun cơng 6: Khoan các lỗ mặt bích. ............................................................. 16

4.7

Ngun công 7 Phay rảnh then. ..........................................................................17

4.8

Nguyên công 8: Khoan 2 lỗ dầu. .........................................................................18

4.9

Nguyên công 9: Tiện thô, tinh cổ biên ................................................................ 19

C
C

R
L
T

4.10

Nguyên công 10: Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cao tần.......................... 19

4.11

Nguyên công 11: Mài thô, mài tinh các cổ trục: ..............................................20

4.12

Nguyên công 12: Mài thô, mài tinh cổ biên . ..................................................21

4.13

Nguyên công 13: Kiểm tra. ..............................................................................22

U
D

V.

CHỌN LƯỢNG DƯ GIA CƠNG: .......................................................................22

5.1

Lượng dư gia cơng cổ trục 76-0.03. ....................................................................22

5.2

Lượng dư gia công bề mặt cổ biên 68-0.03. .......................................................22

5.3.Lượng dư gia công mặt 65, 170 ........................................................................22
5.4.Lượng dư gia công má trong 56-0.19. ........................................................................22
5.5.Lượng dư các bề mặt còn lại: ..................................................................................22
PHẦN III: TRA CHẾ ĐỘ CẮT CHO CÁC NGUYÊN CÔNG ...................................24
I.
1.1

Tra chế độ cắt các nguyên công: ...........................................................................24
.Nguyên công 1: Khỏa hai mặt đầu và khoan lỗ tâm. .........................................24

1.1.1. Tính chế độ cắt phay mặt đầu ................................................................................24
1.1.2. Tính chế độ cắt khoan lỗ tâm : ................................................................................24
1.2.

Nguyên công 2: Tiện thô, tinh các trục bậcØ65, Ø76 , rãnh vát mép. ..............25

1.2.1.Tính chế độ cắt tiện cổ giữa Ø76mm: ......................................................................25
1.2.2. Tra chế độ cắt tiện đầu trục 65: ............................................................................27
1.2.3.Chế độ cắt tiện rãnh thoát dao ..............................................................................27
1.2.4.Vát mép 2,5x 45°: .................................................................................................28

iv


1.3.

Ngun cơng 3: Tiện thơ, tiện tinh cổ trục cịn lại ..................................................28

1.4.

Nguyên công 4: Phay các mặt lắp đối trọng. ................................................30

1.5.

Nguyên công 5: Khoan các lỗ lắp đối trọng và taro ren. .....................................30

1.6.

Ngun cơng 6: Khoan các lỗ mặt bích. ............................................................. 32

1.7.

Nguyên công 7: Phay rảnh then. .........................................................................32

1.8.

Nguyên công 8: : Khoan các lỗ dầu. ...................................................................33

1.9.

Nguyên công 9: Tiện thô, tinh cổ trục phía đầu trục ...........................................33

1.10.

Ngun cơng 10: Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cao tần.......................... 35

1.11.

Nguyên công 11: Mài thô, mài tinh cổ trục. ....................................................35

1.12.

Nguyên công 12: Mài thô, tinh cổ biên. ......................................................... 36

1.13.

Nguyên công 13: Kiểm tra. .............................................................................36

II.

Tính thời gian gia cơng: ........................................................................................ 37

2.1

Ngun cơng 1: Khỏa hai mặt đầu và khoan lỗ tâm. ..........................................37

2.2.

Nguyên công 2: Tiện thô, tinh cổ giữa, đầu trục, vát mép, tiện rảnh. .................38

2.3.

Nguyên công 3: Tiện thô, tiện tinh cổ trục cịn lại. ................................................38

2.4.

Ngun cơng 4: Phay các mặt lắp đối trọng........................................................39

2.5.

Nguyên công 5: Khoan các lỗ lắp đối trọng và taro ren. .....................................39

2.6.

Ngun cơng 6: khoan các lỗ mặt bích. .............................................................. 40

2.7.

Nguyên công 7: Phay rãnh then. .........................................................................40

2.8.

Nguyên công 8: Khoan lỗ dầu. ............................................................................40

2.9.

Nguyên công 9: Tiện thô, tinh cổ biên. ............................................................... 41

C
C

R
L
T

U
D

2.10.

Nguyên công 11: Mài thô, tinh cổ trục. ........................................................... 41

2.11.

Nguyên công 12: Mài thô, tinh cổ biên. .......................................................... 41

PHẦN IV: THIẾT KẾ ĐỒ GÁ CHO CÁC NGUYÊN CÔNG ....................................42
I.

Đồ gá ngun cơng khoan lỗ mặt bích: ................................................................ 42

1.1.

Phương pháp định vị ........................................................................................... 42

1.2.

Xác định lực kẹp cần thiết ...................................................................................42

1.3.

Tính nguồn sinh lực Q ......................................................................................... 44

1.4.

Tính tốn sai số chuẩn ......................................................................................... 45

1.5.

Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá: ................................................................................46

II.

Đồ gá nguyên công tiện cổ biên: ..........................................................................46

2.1.

Phương pháp định vị ........................................................................................... 46

2.2.

Xác định lực kẹp cần thiết: ..................................................................................47

v


2.3.

Nguồn sinh lực Q: ............................................................................................... 49

2.4.

Tính tốn sai số chuẩn ......................................................................................... 49

2.5.

Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá: ................................................................................50

III.

Đồ gá nguyên công phay rảnh then: ....................................................................51

3.1.

Phương pháp định vị : ......................................................................................... 51

3.2.

Tính lực cắt: .........................................................................................................51

3.3.

Tính nguồn sinh lực Q ......................................................................................... 54

3.4.

Tính sai số gá đặt: ................................................................................................ 55

3.5.

Yêu cầu kỹ thuật của đồ gá: ................................................................................57

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 58

C
C

R
L
T

U
D

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu tạo và vị trí các cơ cấu trong động cơ đốt trong
Hình 1.2 : Cấu tạo chung của trục khuỷu
Hình 2.1: Bản vẽ lồng phơi dập
Hình 2.2: Gia cơng trục lệch tâm gá trên 2 mũi chống tâm.
Hình 2.3: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia cơng các mặt chuẩn
Hình 2.4: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia công các cổ trục
Hình 2.5: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia cơng các cổ trục
Hình 2.6: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia cơng phay mặt đối trọng
Hình 2.7: Sơ đồ định vị, kẹp chặt khoan lỗ lắp đối trọng và taro ren
Hình 2.8: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia cơng các lỗ mặt bích
Hình 2.9: Sơ đồ định vị và kẹp chặt phay rảnh then
Hình 2.10: Sơ đồ định vị và kẹp chặt khoan các lỗ dầu

C
C

R
L
T

Hình 2.11: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia cơng cổ biên
Hình 2.12: Sơ đồ định vị và kẹp chặt mài cổ trục
Hình 2.13: Sơ đồ định vị và kẹp chặt mài cổ biên

U
D

Hình 2.14: Bản vẽ phơi
Hình 3.1 : Sơ đồ kiểm tra độ van giữa các cổ trục
Hình 4.1: Sơ đồ đồ gá gia cơng khoan lỗ mặt mặt bích
Hình 4.2: Các lực tác dụng lên chi tiết khi khoan
Hình 4.3: Nguồn sinh lực kẹp chặt chi tiết khi khoan
Hình 4.4: Sơ đồ đồ gá tiện cổ biên trục khuỷu
Hình 4.5: Sơ đồ lực kẹp của tốc kẹp và lực cắt khi tiện
Hình 4.6: Nguồn sinh lực kẹp chặt khi tiện cổ biên
Hình 4.7: Sơ đồ đồ gá phay rảnh then trục khuỷu
Hình 4.8: Các lực tác lên chi tiết khi phay

Hình 4.9: Kích thước khối V của đồ gá
Hình 4.10: Sơ đồ lực kẹp chặt của nguồn sinh lực khi phay

vii

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:
CHỮ VIẾT TẮT:

C
C

R
L
T

U
D

viii


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

PHẦN I:
TỔNG QUAN VỀ CHI TIẾT

I.
1.1.

Giới thiệu khái quát về trục khuỷu:
Tổng quan về động cơ đốt trong :

Động cơ đốt trong là động cơ nhiệt trong đó q trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra
với chất oxy hóa (thường là khơng khí) trong buồng đốt là một phần khơng thể thiếu của
mạch lưu lượng chất lỏng làm việc. Trong động cơ đốt trong, sự giãn nở của khí nhiệt
độ cao và áp suất cao do quá trình đốt cháy tác dụng lực trực tiếp lên một số thành phần
của động cơ. Lực được áp dụng điển hình cho piston, cánh tuabin, cánh quạt hoặc vòi
phun. Lực này di chuyển thành phần qua một khoảng cách, biến năng lượng hóa học

C
C

thành năng lượng cơ học hữu ích.
Thuật ngữ động cơ đốt trong thường dùng để chỉ một động cơ trong đó q trình
đốt khơng liên tục, chẳng hạn như động cơ piston bốn thì và hai thì quen thuộc hơn,
cùng với các biến thể, như động cơ piston sáu thì và động cơ quay Wankel. Một loại
động cơ đốt trong thứ hai sử dụng quá trình đốt liên tục: tua bin khí, động cơ phản lực

R
L
T

U
D

và hầu hết các động cơ tên lửa, mỗi động cơ đều là động cơ đốt trong theo nguyên tắc
như mô tả trước đây.
Thông thường, động cơ đốt trong được ni bằng nhiên liệu hóa thạch như khí
tự nhiên hoặc các sản phẩm dầu mỏ như xăng, nhiên liệu diesel hoặc dầu nhiên liệu.
Ngày càng có nhiều sử dụng nhiên liệu tái tạo như diesel sinh học cho động cơ CI (đánh
lửa nén) và bioethanol hoặc metanol cho động cơ SI (đánh lửa tia lửa). Hydrogen đơi

khi được sử dụng, và có thể được lấy từ nhiên liệu hóa thạch hoặc năng lượng tái tạo.
Phân loại
Có một số cách có thể để phân loại động cơ đốt trong.
+Theo số nét:
Động cơ hai thì ( xe máy )
Động cơ bốn thì (chu trình Otto)
Động cơ sáu thì
+Theo loại đánh lửa:
Động cơ đánh lửa nén
Động cơ đánh lửa (thường được tìm thấy là động cơ xăng)
Theo chu trình cơ học / nhiệt động lực học (2 chu trình này không bao gồm tất cả các
động cơ pittông và được sử dụng không thường xuyên): Động cơ phản lực
SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

1


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

1.Bộ lọc hút
khơng khí
2.Bộ chế hịa
khí
3.Van đầu vài
kép
4.Xi lanhpistong
5. Bugi
6.Van thải khí

C
C

R
L
T

7. Trục khuỷu
8. Vành đai
9. Cam
10. Trục cam

U
D

Hình 1.1: Cấu tạo và vị trí các cơ cấu trong động cơ đốt trong
Ngun tắc hoạt động cơ bản
Hỗn hợp khơng khí và nhiên liệu được đốt trong xy lanh của động cơ đốt trong. Khi
đốt cháy nhiệt độ tăng làm cho khí đốt giãn nở tạo nên áp suất tác dụng lên một pít
tơng đẩy píttơng này di chuyển đi.
Sơ đồ nguyên lý :

Động cơ đốt trong

Hệ thống truyền lực

Công tác máy

Động cơ được cấu tạo bởi nhiều bộ phận, giúp nó chuyển hố nhiệt năng thành cơ năng

với hiệu quả cao khi hỗn hợp khơng khí-nhiên liệu được đốt cháy.
1.2. Tổng quan về trục khuỷu:
Trục khuỷu máy Điezel là chi tiết dạng trục, là một trong những chi tiết quan trọng nhất
của động cơ, cường độ làm vịêc lớn nhất và giá thành cao nhất của động cơ đốt trong.

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

2


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

Trục khuỷu là một phần của động cơ dùng để biến đổi chuyển động tịnh tiến của piston
thành chuyển động quay. Nó nhận lực từ piston để tạo ra mơ men quay sinh công đưa
ra bộ phận công tác và nhận năng lượng từ bánh đà truyền lại cho piston để thực hiện
các q trình sinh cơng.

C
C

R
L
T

U
D

Hình 1.2 : Cấu tạo chung của trục khuỷu

Về kết cấu có thể phân làm hai loại:
Trục khuỷu nguyên.
Trục khuỷu gép.
Về hình dáng hình học có thể phân làm hai loại:
Trục khuỷu đủ cổ trục.
Trục khuỷu thiếu cổ trục.
+ Kết cấu các phần của trục khuỷu.
Trục khuỷu gồm các phần: đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, má khuỷu, cổ biên và đi
trục khuỷu. Ngồi ra để trục khuỷu làm việc được cân bằng người ta còn lắp thêm đối
trọng trên trục khuỷu.
+ Đầu trục khuỷu:
Đầu trục khuỷu thường được lắp vấu để khởi động hoặc để quay, puly dẫn
động quạt gió, bơm nước,các bánh răng dẫn động trục cam, …. Nó có thể được lắp
thêm bộ giảm chấn xoắn
SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

3


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

+ Cổ trục khuỷu:
Các động cơ đa số có cùng một đường kính. Nó thường được làm rỗng để chứa
dầu bơi trơn, các bánh răng dẫn động trục cam, …. Nó có thể được lắp thêm bộ giảm
chấn xoắn.
+ Má khuỷu:
Đa số má khuỷu có hình dạng elip để phân bố ứng suất được hợp lý nhất. Nó là
bộ phận nối liền cổ trục và cổ chốt.

+ Đối trọng:
Đối trọng có tác dụng nhằm cân bằng các lực và mô men qn tính khơng cân
bằng của động cơ. Nó cịn có tác dụng giảm tải cho ổ trục, và là nơi khoan bớt các
khối lượng thừa khi cân bằng trục khuỷu. Nó có thể được chế tạo liền với má khuỷu
hoặc làm rời sau đó hàn hoặc bắt bu long với má khuỷu
+ Đuôi trục khuỷu:
Đây là nơi truyền công suất ra ngồi. Trên đi của nó có lắp mặt bích để lắp

C
C

R
L
T

bánh đà.
II.

Phân tích điều kiện kỹ thuật của trục khuỷu:

2.1.

Điều kiện làm việc của trục khuỷu:

2.2.

Piston là một chi tiết quan trọng trong động cơ oto-máy kéo.Trong quá trình
làm việc của động cơ, trục khuỷu chịu tải trọng cơ học và tải trọng nhiệt rất
lớn ảnh hưởng đến độ bên và tuổi thọ của trục khuỷu.
Tải trọng cơ học:

Trạng thái làm việc của trục khuỷu rất nặng. Trong quá trình làm việc,
trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính ( quán tính chuyển
động tịnh tiến và qn tính chuyển động quay).Những lực này có trị số rất lớn

2.3.

và thay đổi theo chu kỳ nên có tính chất va đập rất mạnh. Các lực này tác
dụng gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời gây ra hiện tượng dao động
dọc và dao động xoắn, ngồi ra các lực tác dụng nói trên cịn gây hao mòn
lớn trên các bề mặt ma sát của cổ trục và cổ khuỷu.
Tải trọng ma sát
Trong quá trình làm việc bề mặt cổ biên trục khuỷu thường làm việc ở
trạng thái ma sát nữa khô do thiếu dầu bôi trơn.Hơn nữa trục khuỷu bị biến
dạng nhiều trong quá trình làm việc nên mà sát càng lớn.
Do điều kiện làm việc của trục khuỷu như vậy nên khi chế tạo trục khuỷu

U
D

cần đạt những yêu cầu sau:
SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

4


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

* Có sức bền lớn, độ cứng vững lớn, trọng lượng nhỏ và ít mịn.

* Có độ chính sát gia cơng cao, các bề mặt làm việc cần có độ bóng và độ
cứng cao
* Không sảy ra hiện tượng dao động cộng hưởng trong phạm vi tốc độ sử
dụng.
* Kết cấu phải đảm bảo tính cân bằng tính đồng đều tính cân bằng của động
cơ và phải dễ chế tạo.
* Hình dạng kết cấu trục khuỷu phụ thuộc vào số xilanh cách bố trí xilanh số
kỳ của động cơ va thứ tự làm việc của xilanh.
* Về kết cấu trục khuỷu phải đảm bảo các yêu cầu sau.
* Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động mômen xoắn nhỏ.

2.4.

* Động cơ làm việc cân bằng ít rung động.
* Ứng suất sinh ra do dao động xoắn nhỏ
Tính cơng nghệ trong kết cấu của chi tiết :

C
C

R
L
T

Hình dạng kết cấu của trục khuỷu phụ thuộc vào số xilanh, cách bố trí xilanh, số
kỳ của động cơ, thứ tự làm việc của xilanh.
+ Các yêu cầu về kết cấu:

U
D

Đảm bảo động cơ làm việc đồng đều, biên độ dao động của mômen xoắn tương
đối nhỏ.
Động cơ làm việc cân bằng, ít rung động.
Ưng suất sinh ra do mơmen xoắn nhỏ.
Cơng nghệ chế tạo đơn giản, giá thành rẻ.
Kích thước của trục khuỷu phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách giữa hai đường
tâm xilanh, đường kính xilanh, chiều dày của lót xilanh, phương pháp làm mát.
Khi thiết kế trục khuỷu cần phải cố gắng dùng các biện pháp để thu gọn kích
thước của trục khuỷu nhưng phải chú ý đến độ cứng vững, sức bền của trục khuỷu.
Khi gia công trục, chúng ta phải gia công hai lỗ tâm bên đầu để làm chuẩn định
vị.
2.5. Vật liệu chế tạo trục khuỷu:
+ Mác thép thường dùng là thép cacbon có thành phần cacbon trung bình. Thường
dùng thép 45,thép này được dùng nhiều nhờ đặc tính sau:
-

Rẻ tiền.

-

Độ bền kém thép hợp kim nhưng có thể đảm bảo đầy đủ yêu cầu bằng các biện
pháp kết cấu.

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

5

Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

Hệ số ma sát trong của thép cacbon cao hơn thép hợp kim nên có khả năng giảm
được dao động xoắn tốt hơn thép hợp kim Mangan, Crơm, Niken.
+ Ngồi ra người ta còn dùng gang cầu grafit để đúc trục khuỷu vì gang có ưu điểm
sau:
Giữ dầu bơi trơn tốt hơn.
Có tính đúc tốt.
Giá thành rẻ hơn.
-

Có khả năng dập tắt dao động tốt hơn
Thành phần hóa học của thép C45
Mác thép 45 : %C : 0,42-0,5; %Mn:0,5-0,8; b =610( Mpa) ; 0,2 =360( Mpa)
5 =16%;  = 40%; HB=229;
Độ cứng sau HB= 197; k =500 ( KJ/m2)

III.

C
C

Yêu cầu kỹ thuật của trục khuỷu:

Từ những phân tích điều kiện làm việc của chi tiết, ta có những yêu cầu kỹ thuật
sau:
Chất lượng các trục và các biên sau khi gia cơng :

R

L
T

Độ bóng bề mặt cấp 10 ( Ra=0.16µm )

U
D

Độ chính xác IT7
Tơi đạt độ cứng 48-55 HRC
Sai lệch về kích thước hình học:

Độ khơng song song giữa đường trục của cổ trục và cổ biên: 1012 m trên suốt
chiều dài cổ biên.
Độ côn cho phép của cổ trục và cổ biên: 10 m.
Độ ô van cho phép của cổ trục và cổ biên: 10 m.
Độ chính xác cân bằng từ 15 30 g.cm/khoảng lệch tâm e.

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

6


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

PHẦN II
THIẾT KẾ QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC KHUỶU

I.

Phân tích các đặc điểm về yêu cầu kỹ thuật bề mặt cần gia công.

1.1 Xác định dạng sản xuất:
Theo yêu cầu của đề cho dạng sản xuất hàng loạt vừa
1.2 Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi:
Muốn chế tạo một chi tiết đạt yêu cầu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế, ta phải xác định
kích thước phơi và chọn phôi hợp lý .Vật liệu phôi và phương pháp tạo phơi có ảnh
hưởng lớn đến lượng dư gia cơng , quy trình cơng nghệ do đó ảnh hưởng trực tiếp đến
yêu cầu kỹ thuật, và hiệu quả kinh tế. Vật liệu chế tạo trục địi hỏi có cơ tính cao, ít tập

C
C

R
L
T

trung ứng suất, có thể nhiệt luyện được, dễ gia cơng, cơ tính đồng đều . Ta có một số
loại phôi thường dùng sau :
❖ Phôi dập: dùng chế tạo các loại chi tiết như trục răng côn, trục răng thẳng, các

U
D

loại bánh răng khác, các chi tiết dạng càng, trục chữ thập… các loại chi tiết này
được dập trên các máy búa nằm ngang hoặc máy dập đứng.
❖ Phôi rèn tự do: trong sản xuất đơn chiếc và hàng loạt nhỏ, người ta thay phôi
bằng phôi rèn tự do, ưu điểm là giá thành thấp.

❖ Phôi đúc: dùng cho các loại chi tiết như gối đỡ, các chi tiết dạng hộp, dạng càng
phức tạp… vật liệu dùng cho phôi đúc là gang, thép, đồng, nhôm và các loại hợp
kim khác.
Dựa vào những yếu tố đã được xét đến ở trên, khả năng cơng nghệ, điều kiện làm
việc, kích thước, sản lượng… mà ta chọn phương pháp chế tạo phơi dập nóng trên máy
ép với các đặc điểm sau :
❖ Ưu điểm: Phương pháp này phơi đạt độ bóng cao cơ tính tốt. Máy làm việc êm,
độ cứng vững tốt, dẫn hướng êm chính xác.
❖ Nhược điểm: Giá thành máy ép cao kích thước phơi ban đầu u cầu chính xác,
khó đánh sạch lớp ơ xi hố nên u cầu thiết bị nung phức tạp. Do hành trình đầu
búa nhất định nên tính chất vạn năng kém cần phải có thiết bị phụ để tạo phơi.
❖ Áp dụng cho trục khuỷu và vật liệu chế tạo là thép cacbon, gang grafit cầu,
phương pháp này có các ưu điểm sau:
Trọng lượng phôi và lượng dư gia công nhỏ.
SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

7


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

Đúc được những kết cấu phức tạp của trục khuỷu.
Tuy nhiên, phương pháp này cịn có những nhược điểm như:
-

Thành phần kim loại không đồng đều. Khi đúc thép kết tinh khơng đều làm ảnh
hưởng đến cơ tính của trục khuỷu.

-

Dễ gây khuyết tật như rỗ khí, rỗ co, rạn nứt.
Qua phân tích các phương pháp chế tạo phơi ở trên để phù hợp với dạng sản xuất

hàng loạt vừa theo yêu cầu đề tài, nên chọn chế tạo phôi bằng phương pháp dập khuôn
trên máy dập và máy búa nằm ngang từ phơi cán nóng.
1.3 Cấu tạo khn dập:

C
C

R
L
T

U
D

Hình 2.1: Bản vẽ lồng phôi dập
II. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP GIA CƠNG CÁC BỀ MẶT VÀ CHUẨN ĐỊNH
VỊ
2.1. Ngun cơng khỏa mặt đầu và khoan lỗ tâm :
2.1.1. Phương pháp gia công:
- Trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, thường tiến hành phay hai mặt đầu trục sau
đó lấy dấu rồi khoan lỗ tâm theo dấu. Hoặc cũng có thể thực hiện gá trục lên mâm cặp
rồi xén mặt đầu, khoan tâm, sau đó đổi đầu để gia cơng phía cịn lại cơng việc được thực
hiện trên máy tiện vạn năng thông thường.
- Trong sản xuất hàng loạt vừa việc khỏa mặt đầu khoan lỗ tâm chi tiết trục được
thực hiện theo các cách sau:

+ Phay mặt đầu trục trên cả hai phía máy phay có tang quay sau đó khoan lỗ tâm
trên máy chuyên dùng.
SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

8


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

+ Phay mặt đầu trục trên máy phay ngang sau đó khoan lỗ tâm trên máy chuyên
dùng.
+ Trên một nguyên công đồng thời thực hiện phay mặt đầu và khoan lỗ tâm cả
hai phía trên máy chuyên dùng.
Nhận thấy rằng việc khỏa mặt đầu và khoan tâm được thực hiện trên hai ngun
cơng có ảnh hưởng đến độ chính xác vng góc giữa mặt đầu trục và đường tâm hai lỗ
tâm kết hợp với dạng sản xuất là hàng loạt vừa ta chọn phương pháp gia công trên một
nguyên công đồng thời thực hiện phay mặt đầu và khoan lỗ tâm cả hai phía trên máy
chuyên dùng.
2.1.2. Chuẩn định vị:
Ở nguyên công này chuẩn định vị là chuẩn thô. Chi tiết gia công được định vị và
kẹp chặt trên khối V tự định tâm, chuyển động dọc trục bị khống chế bởi một chốt tỳ.
2.2. Nguyên công tiện cổ biên trục :
2.2.1. Phương pháp gia công:

C
C

R

L
T

Gia công lỗ chống tâm của từng trục trên hai mặt đầu của phôi sao cho đường
tâm của các lỗ cách nhau bằng khoảng cách của độ lệch tâm e. Sau đó gá lên hai mũi
chống tâm và tốc cặp để gia công từng bề mặt trục tương ứng.

U
D

n

2
1
A
B

Hình 2.2: Gia cơng trục lệch tâm gá trên 2 mũi chống tâm.
1: Đường trục lỗ tâm gia công bề mặt đoạn trục A.
2: Đường trục lỗ tâm gia công bề mặt đoạn trục B.
Khi gia công cổ biên chế độ cắt thấp hơn khi gia công cổ chính. Do lực cắt và lựu kẹp
chiểu trục của mũi tâm trục khuỷu dễ bị uốn, do đó cần chống uốn bằng dai kẹp hoặc
bulong kiểu kích để giữ cho chi tiết khơng bị biến dạng trong q trình gia cơng.

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

9

Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

2.2.2. Chuẩn định vị:
Chuẩn định vị ở nguyên công này là chuẩn tinh. Chi tiết được định vị trên 2 mũi
chống tâm ở 2 đầu trụ và chốt trụ giúp chi tiết cứng vững hơn, nhờ cơ cấu bánh lệch
đưa tâm của cổ biên trùng với tâm trục chính của máy. Chi tiết được kẹp chặt và
truyền momen xoắn nhờ vào tốc kẹp.
2.3. Các ngun cơng cịn lại :
2.3.1. Phương pháp gia cơng:
Tất cả các bề mặt trụ ngồi đều được gia công bằng phương pháp tiện và phay, được
thực hiện trên máy tiện và máy phay thông thường.
2.3.2. Chuẩn định vị:
- Khi chọn chuẩn tinh người ta đưa ra 5 nguyên tắc sau:
+ Cố gắng chọn chuẩn tinh là chuẩn tinh chính, khi đó chi tiết lúc gia cơng sẽ có
vị trí tương tự lúc làm việc. Vấn đề này rất quan trọng khi gia công tinh.
+ Cố gắng chọn chuẩn định vị trùng gốc kích thước để sai số chọn chuẩn bằng 0.

C
C

R
L
T

+ Chọn chuẩn sao cho khi gia công chi tiết không bị biến dạng do lực cắt, lực kẹp.
+ Mặt chuẩn phải đủ diện tích định vị.
+ Cố gắng chọn chuẩn thống nhất, tức là trong nhiều lần cũng chỉ dùng một chuẩn

U

D

để thực hiện các nguyên cơng của cả q trình cơng nghệ, vì khi thay đổi chuẩn sẽ sinh
ra sai số tích lũy ở những lần gá sau.
Phương án chọn chuẩn tinh:
+ Đối với chi tiết dạng trục yêu cầu về độ đồng tâm giữa các cổ trục là rất quan
trọng.
+ Để đảm bảo yêu cầu này khi gia công trục phải dùng chuẩn tinh thống nhất.
+ Chuẩn tinh thống nhất là hai lỗ tâm ở hai đầu trục. Khi dùng hai lỗ tâm làm
chuẩn có thể gia cơng tất cả các mặt ngồi, tiện bề mặt lệch tâm Mặt khác sẽ khơng có
sai số chuẩn cho kích thước đường kính nhưng sẽ có sai số chuẩn cho kích thước hướng
trục nếu mũi tâm trái là mũi tâm cứng. Để khắc phục sai số này, ta thay mũi tâm cứng
bên phải bằng mũi tâm tùy động.
+ Khi dùng hai mũi tâm làm chuẩn thì phải dùng tốc để truyền mơmen xoắn.
III. LẬP TIẾN TRÌNH CÁC NGUN CƠNG:
Ngun cơng 1: Phay 2 mặt đầu và khoan 2 lỗ tâm.
Nguyên công 2: Tiện thô, tiện tinh trục bậc Ø65, Ø76, tiện rảnh, vát mép
Nguyên công 3: Tiện thơ, tiện tinh các cổ trục cịn lại.
Ngun cơng 4: Phay các mặt lắp đối trọng.
SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

10


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

Ngun công 5: Khoan các lỗ lắp đối trọng và taro ren.
Ngun cơng 6: Khoan các lỗ mặt bích.

Ngun cơng 7: Phay rảnh then.
Nguyên công 8: Khoan các lỗ dầu.
Nguyên công 9: Tiện thô, tiện tinh cổ biên
Nguyên công 10: Nhiệt luyện bằng phương pháp tôi cao tần.
Nguyên công 11: Mài thô và tinh cổ trục.
Nguyên công 12:Mài thô và tinh cổ biên .
Nguyên công 13: Kiểm tra.
IV. THIẾT KẾ CÁC NGUN CƠNG:
4.1 . Ngun cơng 1: Phay hai mặt đầu, khoan lỗ tâm
❖ Sơ đồ gá đặt :

C
C

R
L
T

U
D

Hình 2.3: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia công các mặt chuẩn
+ Định vị:
Chi tiết gia công được định vị và kẹp chặt trên khối 2 V tự định tâm định vị 4 bậc tự
do, ngoài ra để chống sự dịch chuyển theo chiều dọc trục ta dùng một chốt tỳ để định vị
bậc tự do thứ 5.
❖ Chọn máy:
Ta chọn máy gia cơng là máy phay và khoan tâm có kí hiệu MP-71M,có các thơng số:
Đường kính gia cơng
40-220(mm)

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

11


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

Chiều dài chi tiết gia công

200-700(mm)

Giới hạn chạy dao của dao phay

20-400(mm/ph)

Số cấp tốc độ của dao phay

6

Giới hạn số vòng quay của dao phay

125-712(vòng/phút)

Số cấp tốc độ của dao khoan

6

Giới hạn số vịng quay của dao khoan

238-1125(vịng/phút)

Cơng suất động cơ phay-khoan

7.5-2.2(KW)

❖ Chọn dao:
-

Chọn dao phay mặt đầu chắp mảnh thép gió (P6M5), tra bảng 4 - 93 (sổ tay
CNCTM1) có:

D = 200 (mm), d = 50(mm), B = 45 (mm), Z = 20 răng
1. Hai dao khoan chuyên dùng thép gió (P6M5) có d = 22 (mm)
4.2

C
C

R
L
T

Ngun cơng 2: Tiện thô, tiện tinh trục bậc Ø65, Ø76, rảnh, vát mép

❖ Sơ đồ gá đặt:
+ Định vị: Chi tiết được gá lên hai mũi chống tâm, như vậy khống chế 5 bậc tự
do.

U
D

Hình 2.4: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia công các cổ trục
+ Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng mũi chống tâm (lực kẹp trùng với tâm cổ trục) và càng kẹp
đặc biệt. Ở đây chi tiết quay được nhờ tốc kẹp
Chọn máy T620: Các thông số của máy tiện T620 :
Đường kính gia cơng lớn nhất
: Dmax=400mm
Khoảng cách giữa hai mũi tâm : 1400mm
Số cấp tốc độ trục chính
: 23
SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

12


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

Giới hạn vịng quay trục chính

: 12,5 2000

Cơng suất động cơ

: 10 kw

Chọn dao :
Dao tiện ngoài gắn mảnh hợp kim cứng T15K6 .Một dao xén mặt đầu T15K6,
một dao vát góc T15K6, một dao cắt rãnh T15K6.
4.3

Ngun cơng 3: Tiện thơ, tiện tinh các mặt trụ cịn lại.

C
C

R
L
T

U
D

Hình 2.5: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia công các cổ trục
❖ Sơ đồ gá đặt :
+ Định vị: Chi tiết được gá lên hai mũi chống tâm, như vậy khống chế 5 bậc tự do. +
Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng mũi chống tâm (lực kẹp trùng với tâm cổ trục) và càng kẹp
đặc biệt. Ở đây chi tiết quay được nhờ tốc kẹp
Chọn máy T620 : Các thông số của máy tiện T620 :
Đường kính gia cơng lớn nhất
: Dmax=400mm
Khoảng cách giữa hai mũi tâm
Số cấp tốc độ trục chính

: 1400mm
: 23

Giới hạn vịng quay trục chính

: 12,5 2000

Cơng suất động cơ
: 10 kw
Chọn dao : dao tiện ngoài gắn mảnh hợp kim cứng T15K6

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

13


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

Ngun công 4: : Phay các mặt lắp đối trọng.

4.4

❖ Sơ đồ gá đặt :

Hình 2.6: Sơ đồ định vị và kẹp chặt gia công phay mặt đối trọng
+ Định vị:

C
C

Gá chi tiết trên 2 khối V ngắn định vị 4 bậc tự do, một mặt khối V tựa vào chi tiết

R
L
T

khống chế 1 bậc tự do, vậy chi tiết được định vị 5 bậc tự do.
+ Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng cơ cấu kẹp gồm hệ thống bu lông đai ốc và cần kẹp
+ Các bước thực hiện:
-

U
D

Phay 4 rãnh lắp đối trọng. Trường hợp này phải chọn đường kính dao thích hợp
tránh tình trạng dao phay ăn vào bề mặt không gia công của má khuỷu khác.

- Thay dao bằng dao phay trụ để phay mặt phẳng trên.
Chọn máy : Máy phay ngang P623
+ Đường kính trục máy  = 80 mm
+ Kích thước làm việc của bàn máy ( 800 . 1000 ) mm
+ Công suất động cơ chính : 9 kw
+ Số cấp tốc độ là 20
+ Phạm vi tốc độ trục chính : 20 - 1600 ( v/p )
+ Kích thước phủ bì của máy : ( 4300 . 2735 . 1850 ) mm
❖ Chọn dao:
- Chọn dao phay trụ thép gió (P6M5), tra bảng 4-93 (sổ tay CNCTM1) có
D = 75 (mm)
Bdao = 90 (mm), Z = 8 răng.

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

14


Thiết kế quy trình cơng nghệ chế tạo trục khuỷu

4.5

Ngun công 5: Khoan các lỗ lắp đối trọng và taro ren.
❖ Sơ đồ gá đặt :
+ Định vị: Chi tiết được gá lên hai khối V ngắn khống chế 4 bậc tự do và 1 chốt

trám ở mặt bích khống chế 1 bậc tự do.
+ Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng cơ cấu kẹp gồm hệ thống bu lông đai ốc và cần kẹp

C
C

R
L
T

Hình 2.7: Sơ đồ định vị, kẹp chặt khoan lỗ lắp đối trọng và taro ren
Chọn máy: Máy khoan cần 2B56

U
D

+ Đường kính lớn nhất khoan được : = 50 mm
+ Phạm vi tốc độ trục chính: 2,1
+ Số cấp bước tiến trục chính: 12
+ Phạm vi bước tiến: 0,056 - 2,59 (mm/v)
+ Cơng suất động cơ chính: 4Kw
+ Kích thước làm việc của bệ máy (968.1650) mm
❖ Chọn dao : Mũi khoan ruột gà bằng thép gió P6M5 loại ngắn d= 9,5 mm ,
l= 3-60 mm, L=2 0-131 mm.

SVTH: Trương Quang Vỉnh

GVHD: PGS.TS Lưu Đức Bình

15