Bánh răng thân khai là gì

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁYc. Đặc điểm của đường thân khaiTrong ăn khớp của hai profin thân khai của cặp bánh răng, các tiếp điểmtiếp xúc nằm trên đường ăn khớp, có nghĩa là đường pháp tuyến chung cho cạnhrăng thân khai tại bất kì vị trí tiếp xúc nào đều đi qua một điểm cố định trên tiếptuyến với vòng tròn cơ sở của bánh răng. Đường thân khai được dùng để làm biêndạng răng của bánh răng sẽ đảm bảo tỉ số truyền cố định.d. Phương trình của đường thân khaiPhương trình đường thân khai cần thiết cho việc nghiên cứu chế độ ăn khớpcủa bánh răng và ta sẽ dùng hệ toạ độ cực để biểu diễn đường thân khai.Ta lấy tâm O của vòng tròn cơ sở làm gốc toạ độ và cho trục Ox đi quađiểm M0 là chân đường thân khai trên vòng tròn cơ sở.Khi đó điểm M [hình 1.1] bất kì trên dường thân khai được xác định bằngtoạ độ là bán kính véctơ rx và góc toạ độ θX.Trong đó : rx= OMvàθ x = MOM 0Từ hình vẽ, ta thấy : θ x = MOM 0 = NOM0 - NOM⇒θx =NM 0−αr0Với α là góc giữa bán kính vectơ rX và bán kính r0, nối tâm của vòng tròn cơsở và tâm đường thân khai tại M. Góc α cũng là góc giữa pháp tuyến của đườngthân khai tại M và vận tốc của điểm M khi vòng tròn cơ sở quay quanh O. Do đó,α gọi là góc áp lực.Ta có : rX =r0cosα XMặt khác, do tính chất của đường thân khai :NM0=NM ⇔NM 0 NM=r0r0Tác giả: Phạm Thị Thu Hằngmàtgα X =NM⇒ θ X = tgα X − α Xr018LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁYTừ đó, ta có phương trình đường thân khai như sau :rX =r0cosα Xvàθ X = tgα X − α X1.1.2. Nguyên lý hình thành mặt thân khai  Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mặt trụ thân khai- Cho đường thân khai ab [hình 1.2] thuộc mặt phẳng xoy chuyển động tịnh tiếndọc truc z với vận tốc v sẽ hình thành mặt trụ thân khai và tạo ra mặt răng của bánhrăng trụ thân khai răng thẳng.Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mặt xoắn vít thân khai- Cho đường thân khai ab [hình 1.3] thuộc mặt phẳng xoy chuyển động vít dọc trụcrz [ phối hợp chuyển động tịnh tiến đều dọc trục z với vận tốc v và quay đều xungquanh trục z với vận tốc ω ] tao ra mặt xoắn vít thân khai và hình thành mặt răngbánh răng trụ thân khai răng nghiêng.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng19LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY1.1.3. Tổng quan bánh răng trụ thân khai a. Giới thiệu bánh răng trụ thân khai- Bánh răng trụ thân khai là loại chi tiết máy được sử dụng rộng rãi trong cácnghành công nghiệp, nông nghiệp, trong đời sống sinh hoạt của con người…- Tác dụng của bánh răng trụ thân khai dùng để truyền chuyển động, mô men xoắngiữa các trục song song với tỉ số xác định nhờ sự ăn khớp của các răng trên cácbánh răng.- Ưu nhược điểm+ Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn.+ Tỉ số truyền không thay đổi.+ Hiệu suất cao, có thể đạt 0,97-0,99+ Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy, chắc chắn.+ Làm việc trong phạm vi công suất, tốc độ và tỉ số truyền khá rộng.Tuy nhiên truyền động bánh răng có các nhược điểm sau:+ Chế tạo tương đối phức tạp.+ Đòi hỏi độ chính xác cao.+ Có nhiều tiếng ồn khi làm việc với vận tốc lớn.+ Chịu va đập kém.Truyền động bánh răng được dùng rất nhiều trong các máy, từ những đồng hồ,khí cụ cho đến các máy hạng nặng, có thể truyền công suất từ nhỏ đến lớn[300MW], vận tốc có thể từ thấp đến rất cao [200m/s].b. Bánh răng trụ thân khai răng thẳng.Bánh răng trụ thân khai răng thẳng nhằm thực hiện truyền chuyển động,mômen xoắn giữa các trục song song với tỉ số xác định .Bánh răng trụ răng thẳng dễ chế tạo, frôpin răng thẳng là một đường congthân khai.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng20LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY*Các thông số hình học cơ bản của bánh răng trụ thân khaia,Hình 1.4 : Các thông số bánh răngBộ truyền bánh răng trụ được đặc trưng bởi các thông số chính sau đây[hình 1.4 đối với bánh nhỏ dùng chỉ số “1”, đối với bánh lớn dùng chỉ số “2”]:- Môdun m [môdun ăn khớp] là thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng21LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁYtMôdun m là tỉ số giữa bước răng t với số π , nghĩa là m = .πMôdul m là thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng, hầu hết các kích thướccủa bánh răng đều có thể được tính theo môdun m. Trị số của môdun được tiêuchuẩn hoá từ 1 đến 12mm theo 2 dãy sau:Dãy 1 [ưu tiên] : 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12.Dãy 2: 1,125 ; 1,375 ; 1,75 ; 2,25 ; 2,75 ; 3,5 ; 4,5 ; 5,5 ; 7 ; 9 ; 11.- Số răng của bánh răng Z- Tỷ số truyền i: i=n1 Z 2=n2 Z1- Bước răng trên vòng chia t.- Bước răng trên vòng tròn cơ sở[bước cơ sở] to=t.cos α o- Đường kính vòng chia dcĐường kính vòng chia là những đường lăn trong quá trình tạo bánh răngthân khai bằng thanh răng sinh.Công thức tính đường kính vòng chia dc=m.Z- Đường kính vòng lăn d.- Đường kính vòng đỉnh răng da : da =dc+2m- Đường kính vòng chân răng df: df=dc-2m-2c- Độ hở hướng tâm c: c=0,25m- Chiều dài răng b.- Góc nghiêng của răng β , đối với bánh răng thẳng β =0- Hệ số dịch chỉnh dao ξ : Là khoảng cách giữa đường chia tt’ trong quá trình tạohình và đường trung bình của thanh răng. Hệ số dịch chỉnh dao ξ được quy ước cógiá trị âm khi đường trung bình cắt vòng chia và có giá trị dương khi đường trungTác giả: Phạm Thị Thu Hằng22LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁYbình nằm ngoài vòng chia. Trong tính toán, thay vì dùng độ dịch dao, ta dùng hệ sốdịch dao x theo công thức sau: x = ξ /m- Khoảng cách trục aw: là khoảng cách giữa hai trục lắp bánh răngaw= [ Z 1 + Z 2 ]m2- Chiều cao răng h=2,25m- Chiều cao đỉnh răng hd: hd=m- Chiều cao chân răng hc=1,25m- Góc ăn khớp α X [góc áp lực]Tiêu chuẩn quy định góc profin của thanh răng sinh là α = 20o .Góc áp lực trên vòng chia là thông số cơ bản đặc trưng cho hình dạngprofin thân khai răng. Trong quá trình hình thành cạnh răng thân khai bằng thanhrăng, góc giữa đường pháp tuyến chung của các cạnh thanh răng và cạnh răng bánhrăng với đường chia gọi là góc áp lực trên vòng chia.Góc áp lực trên vòng chia αC cũng chính là góc ăn khớp trong quá trìnhhình thành bánh răng thân khai bằng thanh răng hình thang.Đối với bánh răng dịch chỉnh có góc ăn khớp khác với góc sinh của thanhrăng.C. Bánh răng trụ thân khai răng nghiêng™ Khái niệm, công dụng, ưu nhược điểm bánh răng trụ răng nghiêngBánh răng trụ răng nghiêng là một chi tiết máy có phương của răng nghiêngso với đường sinh của mặt trụ một góc β , dùng để truyền chuyển động quay giữahai trục song song quay ngược chiều.• So với bánh răng trụ răng thẳng bánh răng trụ răng nghiêng có những ưuđiểm là :Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng23LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY- Truyền động êm hơn, không va đập ồn ào vì răng trước chưa ra khỏi thì răngsau đã vào khớp [ lúc nào cũng có vài răng ăn khớp].- Chiều dài chân răng lớn hơn nên bền hơn.- Truyền được mô men, công suất và vận tốc lớn hơn bánh răng thẳng cùngmôđun.• Nhược điểm chính của bánh răng nghiêng là:- Ma sát nhiều.- Phát sinh lực chiêu trục, có khuynh hướng đẩy bánh răng theo chiều dọc trục vềphía này hoặc phía kia tuy theo chiều xoắn và chiều quay.- Việc chế tạo lại khó khăn hơn bánh răng trụ răng thẳng.™ Các yêu cầu kỹ thuật và điều kiện kỹ thuật của một bánh răng trụ răngnghiêng¾ Các yêu câu kỹ thuật:- Răng có độ bền mỏi tốt- Răng có độ cứng cao, chống mòn tốt- Truyền động ổn định, không gây ồn- Hiệu suất truyền động lớn, năng suất cao¾ Các điều kiện kỹ thuật khi phay bánh răng trụ răng nghiêng- Kích thước của các thành phần cơ bản của một bánh răng trụ răng nghiêng, hoặchai bánh răng trụ răng nghiêng khi ăn khớp.- Số răng đúng, đều, cân, cân tâm, góc nghiêng và bước xoắn đúng theo thiết kế.- Độ nhám đạt cấp 8- đến cấp 11 tức là Ra= 0,63-0,08 µ m.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng24LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY™Các thông số hình học cơ bản của bánh răng trụ thân khai răng nghiêngBánh răng nghiêng nếu được trải phẳng [khai triển] sẽ tạo với đường trục củabánh răng một góc β [ gọi là góc xoắn ]. Do đó, hình dạng, bước răng và chiều dàyrăng xét ở mặt đầu bánh răng sẽ khác khi xét ở mặt cắt thẳng góc với từng răng [mặtpháp tuyến ].- Modun m:Đối với bánh răng nghiêng có :+ Môdun pháp : mn+ Môdun ngang : ms=mncos β⇒ d = ms.Z = mn.Z/cos βModun m là thông số đặc trưng cho kích thước của răng, hầu hết các kíchthước của bánh răng đều có thể được tính theo môdul m. Trị số của m = mn đượcβhdaddftntstiêu chuẩn hoá từ 1 đến 12mm theo 2 dãy nhu đối với bánh răng trụ răng thẳng.BHình 1.5: Các thông số của một bánh răng trụ răng nghiêng- Vòng chia và đường kính vòng chiaVòng chia và đường kính vòng chia là những đường lăn trong quá trình tạobánh răng thân khai bằng thanh răng sinh.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng25LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁYCông thức tính vòng chia : dc=ms.Z=mn .Zcos βDo các thông số như : Z, mn đều đã được xác định nên kích thước vòng chiahoàn toàn xác định.- Góc ăn khớp α [góc áp lực]Tiêu chuẩn quy định góc profin của thanh răng sinh là α = 20o .Góc áp lực trên vòng chia là thông số cơ bản đặc trưng cho hình dạng profinthân khai răng. Trong quá trình hình thành cạnh răng thân khai bằng thanh răng, gócgiữa đường pháp tuyến chung của các cạnh thanh răng và cạnh răng bánh răng vớiđường chia gọi là góc áp lực trên vòng chia.Góc áp lực trên vòng chia αC cũng chính là góc ăn khớp trong quá trình hìnhthành bánh răng thân khai bằng thanh răng hình thang.Đối với bánh răng dịch chỉnh góc có góc ăn khớp khác với góc sinh củathanh răng.- Số răng Z, chiều rộng bánh răng B- Góc nghiêng răng β và hệ số dịch chỉnh ξKhi gia công bánh răng, các lưỡi cắt của dụng cụ hình thành biên dạng răng.Chuyển động tạo hình được tạo nên khi đường lăn của thanh răng sinh lăn khôngtrượt với vòng tròn lăn của phôi bánh răng .Nếu đường chia của thanh răng sinh trùng với đường lăn ta cắt được bánhrăng chuẩn. Nếu hai đường này lệch nhau, ta cắt được bánh răng dịch chỉnh. Bánhrăng có thể dịch chỉnh dương hay âm. Hệ số dịch chỉnh ξ càng tăng thì chiều dàyđáy răng càng tăng và bán kính cong prôfin làm việc của răng tăng lên, mặt khácbán kính góc lượn chân răng giảm xuống, làm tập trung ứng suất tại đây. Do đó khithay đổi trị số ξ sẽ có ảnh hưởng lớn đến hình học của sự ăn khớp và khả năng tảicủa các bánh răng.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng26LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁYNếu thanh răng vuông góc với đường trục của phôi bánh răng, ta cắt đượcbánh răng trụ răng thẳng. Nếu thanh răng lệch với phương vuông góc một góc β , tacắt được bánh răng trụ răng nghiêng và β được gọi là góc nghiêng của răng.Góc β thường được lấy trong khoảng [80…200].- Hệ số chiều cao đỉnh răng hd, hệ số này quyết định răng cao hay thấp. Chiều caocủa răng thường lấy h = 2,25. hd =2,25.mn. Các bánh răng tiêu chuẩn có hd = 1.- Hệ số khe hở chân răng c, hệ số này quyết định khe hở giữa vòng đỉnh và vòngtrong chân răng của bánh răng ăn khớp với nó. Cân có khe hở này để hai bánh răngkhông bị chen nhau. Thông thường lấy c = 0,25.mn.- Đường kính vòng tròn lăn d1 và d2 [mm], có quan hệ d1=dc1; d2=dc2 [trong trườnghợp bánh răng không dịch chỉnh].-Đường kính vòng tròn chân răng df1 và df2 [mm]. df = dc- 2mn-2c-Đường kính vòng tròn đỉnh răng da1 và da2 [mm].da=dc+2mn-Chiều cao răng h [mm] .Có quan hệ :-Khoảng cách trục aw, là khoảng cách giữa tâm bánh răng dẫn và bánh răng bị dẫn[mm].-h= [2.hd + C].m = [da-df] /2.Có aw=[d1+ d2]/2=[ Z + Z 2 ]mn= 0 ,5.[Z1+Z2].ms2. cos βHệ số trùng khớp ɛα. Giá trị của ɛα cho biết khả năng có nhiều nhất bao nhiêu đôirăng cùng ăn khớp và ít nhất có mấy đôi răng cùng ăn khớp. Hệ só trùng khớpđược tính: ɛα=AE/Pb, Trong đó AE là chiều dài của đoạn ăn khớp thực. Các cặpbánh răng thường dùng có ɛα ≥ 1,1.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng27LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY1.2. Các phng pháp gia công bánh răng tr  thân khai  Bánh răng là chi tiết quan trọng, có độ bền và tuổi thọ cao. Thông thường,răng của bánh răng có biên dạng là đường thân khai.Phương pháp chủ yếu để chế tạo bánh răng là gia công cắt gọt . Các bánhrăng có độ chính xác thấp có thể được tạo hình bằng phương pháp cán. Tạo hìnhrăng bằng dụng cụ cắt có lưỡi cắt theo cách hình thành prôfin răng, việc gia côngrăng được chia làm hai phương pháp gia công là phương pháp chép hình và phươngpháp bao hình. Tuy nhiên, cả hai phương pháp gia công răng đều có những đặcđiểm sau:- Diện tích cắt luôn thay đổi theo từng răng và có nhiều răng cùng tham gia cắt. Dođó, lực cắt lớn và luôn thay đổi.- Tốc độ cắt thay đổi theo từng điểm trên lưỡi cắt.- Lưỡi cắt có biên dạng phức tạp, các chuyển động trong quá trình cắt cũng rấtphức tạp nên các thông số hình học của dao trong quá trình cắt thường không đạttrị số hợp lý.- Dao đòi hỏi phải có độ chính xác cao, đắt tiền, tuổi bền lớn.1.2.1. Phng pháp chép hình.[Form ­ copying method]  1.2.1.1.Khái niệm về phương pháp chép hình-Phương pháp chép hình là phương pháp cắt răng mà dụng cụ cắt có biên dạnglưỡi cắt là rãnh răng cần gia công. Quá trình cắt răng không liên tục, khi cắt thì cắttừng rãnh răng một, sau đó phân độ để gia công tiếp rãnh răng khác. Dụng cụ cắt làdao phay ngón môđun và dao phay đĩa môđun có cùng prôfin với rãnh răng giacông.- Sử dụng dao phay đĩa hoặc ngón môdun có biên dạng thân khai để cắt phần rãnhrăng trên phôi tạo nên biên dạng thân khai của răng.Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng28