Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ 1.1 Giới thiệu chung Truyền động bánh răng trụ dùng để truyền chuyển động và truyền mô men xoắn giữa hai trục song song làm việc theo nguyên lý ăn khớp. Hiện nay bánh răng trụ có 2 dạng đường răng là đường răng thẳng và đường răng xoắn vít trụ (răng nghiêng). Bộ truyền bánh răng trụ được dùng rộng rãi nhất và không thể thay thế vì truyền động bánh răng trụ có ưu điểm là tính thiết kế và chế tạo đơn giản, có thể ứng dụng các biện pháp công nghệ từ phay, bào, xọc, mài. Nhưng bên cạnh đó bộ truyền bánh răng trụ cũng có những hạn chế nhất định.
Do đó việc nghiên cứu cải tiến về hình dáng, vật liệu để nâng cao hiệu quả sử dụng là rất cần thiết.2 Các loại bộ truyền bánh răng trụ 1.1 Bộ truyền bánh răng thẳng Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng là bộ truyền có đường răng là đường thẳng song song với trục của bánh răng. Nó được dùng để truyền chuyển động giữa các trục song song với nhau. Các dạng đường cong dùng được chọn làm biên dạng răng của răng trụ răng thẳng là : - Đường cong thân khai (Ơle tìm ra năm 1760). Dạng đường răng này được dùng phổ biến nhất trong kỹ thuật vì chúng thỏa mãn định lý ăn khớp và có tỉ số truyền không đổi.
- Đường Xicloit, truyền động bánh răng dạng này có độ chính xác cao nên được sử dụng chủ yếu cho bánh răng đồng hồ và bánh răng dụng cụ đo. Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học, động lực học được mô tả trong [5] download by : skknchat@gmail.1: Bánh răng thẳng. Biên dạng răng và đường răng Hiện nay bánh răng thẳng được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp chép hình (định hình) và bao hình. - Phương pháp chép hình là biên dạng răng được tạo ra nhờ chép đúng hình dạng của lưỡi cắt.
Với phương pháp gia công chép hình thì quá trình cắt không liên tục, khi cắt thì cắt từng rãnh răng một, sau đó phân đô để cắt rãnh răng khác. Phương pháp gia công chép hình có: + Phay chép hình: Phương pháp này được sử dụng nhiều trên máy phay vạn năng có trang bị dụng cụ phân độ. Kiểu dao có thể là dao phay ngón hay dao phay đĩa. Khi gia công, chi tiết đựơc gá vào ụ phân độ, dao đựợc gá sao cho đừơng kính ngoài (dao phay đĩa mô đun) hoặc mặt đầu (dao phay ngón) trùng với đừơng sinh cao nhất của chi tiết.
Sau đó, điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có chiều sâu theo yêu cầu. Gia công xong một răng thì dùng đầu phân độ để quay chi tiết 0 một góc 360 /z (với z là số răng cần gia công) rồi tiếp tục gia công răng tiếp theo, cứ thế cho đến hết. download by : skknchat@gmail.2: Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng răng a. Sử dụng dao phay đĩa b.
Sử dụng dao phay ngón + Bào định hình: Bào răng định hình được thực hiện trên máy bào răng với dao định hình cũng có prôfin giống prôfin rãnh răng hoặc dao thông thường với dưỡng. Khi gia công các rãnh răng thì cũng dùng đầu phân độ theo từng răng. + Chuốt định hình: Gia công bánh răng bằng phương pháp chuốt định hình cho năng suất và độ chính xác cao, thường dùng ở dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Theo phương pháp này, dao chuốt có prôfin giống prôfin của rãnh răng.
Có thể chuốt một rãnh hoặc nhiều rãnh cùng một lúc. Sau mỗi hành trình của dao, một hoặc một số rãnh răng được gia công, muốn gia công các rãnh khác thì chi tiết được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân độ.3 là sơ đồ chuốt răng, dụng cụ cắt là một bộ dao định hình với từng nấc được lắp vào đầu chuốt. Lượng nâng của mỗi lưỡi cắt phụ thuộc vào chiều dày lớp phoi được cắt Sz, loại vật liệu bánh răng và tốc độ cắt v.3: Sơ đồ chuốt răng download by : skknchat@gmail.com 8 - Phương pháp bao hình: Đây là phương pháp sản xuất răng phổ biến hiện nay, cho năng suất và độ chính xác cao. Với phương pháp bao hình thì biên dạng răng được hình thành bởi một họ đường cong bao hình.
Quá trình gia công là nhắc lại ăn khớp của bộ truyền bánh răng thẳng. Khi đường bao là đường thân khai người ta dùng một bánh răng thứ 2 gọi là bánh răng sinh. Khi đường bao là đường thẳng, người ta dùng một thanh răng thẳng gọi là thanh răng sinh. Dụng cụ cắt bánh răng thẳng là dao xọc răng hoặc dao trục vít (dao phay lăn răng) còn thiết bị gia công là máy phay lăn răng hay máy xọc răng.4: Sơ đồ xọc răng bao hình Hình 1.5: Nguyễn lý bao hình biên dạng răng Bánh răng trụ răng thẳng có ưu điểm là đường răng thẳng nên dễ chế tạo, tính toán, dễ lắp láp, thiết bị và dụng cụ chế tạo đơn giản, rẻ tiền.
Trong quá trình làm việc không có lực dọc trục vì vậy giảm chi phí cho ổ nên được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong đời sống. Nhưng chúng cũng có nhiều download by : skknchat@gmail.com 9 nhược điểm như là hệ số trùng khớp thấp, khả năng tải không cao, độ ồn lớn vì khi ăn khớp, chịu tải và thôi ăn khớp cùng một lúc nên gây ra tiếng ồn cũng như khả năng chịu tải thấp. Muốn tăng hệ số trùng khớp thì phải tăng đường kính. Vì thế, trong các truyền động có tốc độ cao thì người ta dùng bánh răng trụ răng nghiêng.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng Bánh răng nghiêng ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của bánh răng thẳng là hệ số trùng khớp lớn hơn cho nên khả năng tải lớn hơn so với bộ truyền bánh răng thẳng cùng mô đun.
Cũng nhờ hệ số trùng khớp lớn nên bánh răng nghiêng truyền động êm hơn nên nó có thể làm việc ở tốc độ cao hơn nhiều so với bánh răng thẳng. Phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền mở rộng hơn bánh răng thẳng. Đường răng của bánh răng trụ răng nghiêng là đường xoắn vít trụ tròn, với dạng đường này hệ số trùng khớp tăng, hệ số tải lớn. Góc nghiêng của răng ở các bánh răng trong cùng một bộ truyền đều bằng nhau nhưng khác dấu.6: Bánh răng trụ răng nghiêng a.
Biên dạng răng và đường răng Trong bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng khi truyền động các đôi răng không vào tiếp xúc nhau trên toàn bộ chiều dài răng mà vào khớp dần dần, đường tiếp xúc lan dần trên chiều dài răng, đôi răng trước ra khớp bao nhiêu thì đôi răng sau vào khơp bấy nhiêu vào khớp nên các răng chịu tải và thôi tải dần dần. Ngoài download by : skknchat@gmail.com 10 ra, trong vùng ăn khớp bao giờ cũng có ít nhất hai đôi răng. Vì răng nghiêng ăn khớp êm nên giảm tiếng ồn khi làm việc và tải trọng động giảm xuống. Do đó các bộ truyền quay nhanh, người ta sử dụng bánh răng nghiêng.
Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học động lực học của bánh răng nghiêng được mô tả trong [5] Cũng như bánh răng thẳng, hiện nay bánh răng nghiêng được chế bằng hai phương pháp chủ yếu là phương pháp chép hình và phương pháp bao hình. - Khi chế tạo bằng phương pháp chép hình, việc gá dao và chi tiết cũng như phân độ để cắt răng giống như với răng thẳng, chỉ khác một điều là phải quay bàn máy đi một góc β phù hợp với góc nghiêng của răng. Để tạo được răng nghiêng cần thực hiện đồng bộ chạy dao của bàn máy và chuyển động quay của đầu phân độ. Khi quay bàn máy cần chú ý chiều nghiêng của răng trên chi tiết, đối với răng nghiêng trái thì bàn máy quay theo chiều đồng hồ khi nhìn từ trên xuống (hình 1.7) và khi răng nghiêng phải thì quay bàn máy ngược chiều đồng hồ.7: Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên máy phay vạn năng Phương pháp chép hình đạt năng suất, độ chính xác thấp và rất khó khăn trong việc điều chỉnh chính xác vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công.
Phương pháp này được dùng chủ yếu trong các nhà máy sản xuất nhỏ hoặc trong cá nhà máy sửa chữa hoặc chế tạo các bánh răng có mô đun và đường kính lớn mà các phương pháp gia công khác không thực hiện được. Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp chép hình người ta chế tạo bánh răng trụ răng nghiêng bằng phương pháp bao hình. Điển hình cho phương pháp này là phay, xọc, mài. Ưu điểm của phương pháp này đường răng xoắn vít trụ nên độ cong và độ xoắn không thay đổi.
Và công nghệ chế tạo được hoàn thiện với máy phay lăn răng cùng với công nghệ chế tạo dao phay răng răng. download by : skknchat@gmail.8: Phay bánh răng nghiêng bằng phương pháp bao hình a. Xọc răng Bên cạnh các ưu điểm của bánh răng nghiêng thì chúng cũng có nhược điểm là xuất hiện lực dọc trục trong quá truyền chuyển động nên chi phí cho ổ đỡ chặn là rất lớn. Đặc biệt là các bộ truyền có công suất lớn như các bộ truyền trong các lĩnh vực xây dựng, giao thông, tàu thuyền, máy công nghiệp nặng, thì chi phí về ổ là rất cao.
Để khắc phục được hạn chế này người ta thay thế bánh răng nghiêng thành bánh răng chữ V.3 Bộ truyền bánh răng chữ V Những nhược điểm của bánh răng nghiêng được khắc phục bởi bánh răng chữ V. Đặc điểm của bánh răng chữ V là đường răng nghiêng tạo thành hình chữ V để triệt tiêu thành phần lực dọc trục. Như vậy, bánh răng chữ V gồm 2 bánh răng nghiêng có cùng góc nghiêng nhưng theo hai hướng khác nhau. Do đó tất cả các công thức tính toán về hình học của bánh răng nghiêng đều phù hợp với bánh răng chữ V và được mô tả trong [5].9: Bánh răng chữ V download by : skknchat@gmail.com 12 Khi chế tạo bánh răng chữ V, phương pháp phay chép hình cũng có thể gia công được bánh răng chữ bằng dao phay ngón mô đun trên máy phay vạn năng có cơ cấu phân độ và đảo chiều quay của bánh răng trong quá trình chạy dao dọc (tương tự như răng nghiêng nhưng phải làm hai lần) hoặc gia công trên máy bán tự động chuyên dùng hoặc máy CNC.
Với phương pháp gia công này có năng suất tháp và độ chính xác không cao.10: Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp chép hình Khi chế tạo bánh răng chữ V bằng bằng phương pháp bao hình sẽ cho năng suất và độ chính xác cao. Việc gia công được thực hiện trên máy phay lăn răng, dụng cụ được dùng là dao phay răng kiểu trục vít.