Thạc Sĩ Thiết kế, chế tạo máy đo bước xoắn bánh răng trụ răng nghiêng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

2
PHẦN MỞ ĐẦU
Rất khó tra cứu bộ truyền bánh răng thực sự đầu tiên đã ra đời như thế nào nhưng
có giả thiết cho rằng đó là sự hoạt động liên tục của các đòn bẩy xung quanh một
trục quay cố định. Cho đến ngày nay khi mà có rất nhiều các hệ dẫn động tiên tiến
ra đời thì các hình thức truyền động bằng các cặp ăn khớp có răng vẫn giữ vai trò
quan trọng trong công nghiệp và dân dụng.
Bánh răng với vai trò là chi tiết máy hình thành các xích động học để truyền chuyển
động, công suất và mô men không thể thiếu ở các máy động lực, máy công cụ là chi
tiết phổ biến nhất của ngành cơ khí, nó thường có mặt như một biểu tượng của cơ
khí chính xác một phần cũng do tính phổ biến và các yêu cầu kỹ thuật khi gia công.
Dù ở trình độ sản xuất nào bánh răng cũng đóng vai trò quan trọng, tuy nhiên các
nước phát triển thì ngành sản xuất răng mang tính chuyên môn hóa cao hơn, trong
khi các nước đang phát triển do thiếu chủ động về máy công cụ nên nền sản xuất
răng thường không thể hiện được điều này.
Việc đồng bộ và nhất quán giữa các khâu trong sản xuất từ thiết kế, chế tạo và kiểm
tra sản phẩm đòi hỏi một khối lượng lớn máy móc thiết bị chuyên,việc gia công
răng ở nước ta tại các đơn vị sản xuất nhỏ hoặc các nhà xưởng tư nhân thường phục
vụ công tác sửa chữa là chính, các đơn vị chuyên sản xuất bánh răng dưới dạng các
hộp giảm tốc hoàn chỉnh cũng chưa được trang bị các máy đo kiểm chuyên dùng
phục vụ sản xuất.
Trong điều kiện chưa thể đồng bộ thiết bị ngay thì việc sáng tạo để khắc phục các
khó khăn trước mắt là vô cùng cần thiết, một chi tiết phức tạo như bánh răng có rất
nhiều các thông số cần đo kiểm khi thiết kế lại hoặc kiểm tra sau khi gia công xong
tuy nhiên có nhiều thông số có thể được đo kiểm bằng các dụng cụ thông thường
như thước kẹp (đường kính, mô đun, hệ số dịch dao, chiều dài pháp tuyến chung )
thì cũng có những tham số không thể thực hiện đo bằng các thiết bị vạn năng chẳng
hạn góc xoắn đường chuẩn ở bánh răng trụ răng nghiêng. Với sự tham dự của một
vài cảm biến thông thường thông số này có thể được đo với nguyên lý đúng đắn hơn
mà không cần đến máy móc chuyên dụng, hiệu quả về mặt kinh tế và kỹ thuật là lý
do để nghiên cứu sâu vấn đề này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

3
Chương 1: Tổng quan về thiết bị đo góc nghiêng bánh răng
1.1 Đặc điểm truyền dẫn bánh răng trụ răng nghiêng
Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động và tải trọng nhờ sự ăn khớp
của các răng trên bánh răng hoặc thanh răng.
Bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng dùng để truyền động giữa hai trục song song.
Bánh răng răng nghiêng có hướng răng hợp với đường sinh của mặt trụ một góc β.
Đối với bộ truyền bánh răng thẳng khi vào ăn khớp các cặp răng tiếp xúc đường,
còn với bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng thì quá trình vào ăn khớp là tiếp xúc
điểm sau đó chạy dọc theo toàn bộ chiều dài răng. Các cặp răng lần lượt vào, ra
khớp theo thứ tự cặp răng phía trước ra khớp bao nhiêu thì đôi răng phía sau vào
khớp bấy nhiêu.
Bánh răng nghiêng luôn có ít nhất hai đôi răng ăn khớp kể cả khi hệ số trùng khớp
ngang nhỏ hơn 1.
1.2 Một số phương pháp gia công bánh răng trụ răng nghiêng thông dụng
Về nguyên lý tạo răng, có thể chia thành hai phương pháp gia là phương pháp định
hình và phương pháp bao hình.
Phương pháp định hình: là phương pháp cắt răng mà dụng cụ căt có biên dạng lưỡi
cắt là rãnh răng. Quá trình cắt răng không liên tục khi cắt thì cắt từng rãnh răng một
sau đó phần độ để gia công tiếp rãnh răng khác.
Phương pháp bao hình: là phương pháp cắt răng mà dụng cụ cắt không cần biên
dạng lưỡi cắt là rãnh răng. Quá trình cắt răng diễn ra liên tục, khi cắt dụng cắt sẽ lăn
tương đối trên vành của bánh răng gia công và khi đó quỹ tích các đường bao của
dụng cụ cắt là prôfin thân khai của răng bánh răng gia công
1.2.1 Phay định hình
Phay r¨ng b»ng ph-¬ng ph¸p ®Þnh h×nh ®-îc tiÕn hµnh b»ng dao phay ®Þnh h×nh mµ
pr«fin cña nã phï hîp víi pr«fin cña r·nh r¨ng
Khi phay b¸nh r¨ng trô r¨ng nghiªng, viÖc g¸ dao vµ chi tiÕt còng nh- ph©n ®é ®Ó
c¾t hÕt c¸c r¨ng ph¶i quay bµn m¸y ®i mét gãc β phï hîp víi gãc nghiªng cña r¨ng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

4

Hình 1.1: Sơ đồ gia công bánh răng trụ răng nghiêng bằng dao phay đĩa mô đun
§Ó t¹o ®-îc r¨ng nghiªng cÇn thùc hiÖn ®ång bé ch¹y dao cña bµn m¸y vµ chuyÓn
®éng quay cña ®Çu ph©n ®é b»ng c¸ch nèi trôc vitme bµn m¸y th«ng qua bé b¸nh
r¨ng thay thÕ víi trôc truyÒn ®éng cña ®Çu ph©n ®é.
Khi quay bµn m¸y cÇn chó ý chiÒu nghiªng cña r¨ng trªn chi tiÕt: ®èi víi r¨ng
nghiªng tr¸i th× bµn m¸y quay theo chiÒu ®ång hå khi nh×n tõ trªn xuèng vµ khi r¨ng
nghiªng ph¶i th× quay bµn m¸y ng-îc chiÒu ®ång hå.
1.2.2 Phay l¨n r¨ng
Phay l¨n r¨ng lµ ph-¬ng ph¸p phay b¸nh r¨ng theo nguyªn lý bao h×nh.
B¸nh r¨ng nghiªng phay b»ng ph-¬ng ph¸p phay l¨n ®Ó ®¶m b¶o cho ®o¹n xo¾n vÝt
cña dao ë vïng c¾t trïng víi ph-¬ng r¨ng chi tiÕt gia c«ng ph¶i g¸ trôc dao lµm víi
mÆt ®Çu chi tiÕt mét gãc sao cho:
ω = β 0 ± γ d
Víi, β 0 : gãc nghiªng trªn vßng chia cña r¨ng b¸nh r¨ng gia c«ng.
γ
d
: gãc n©ng ë vßng chia cña dao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

5

.Hình 1.2: Sơ đồ gá dao khi phay lăn răng bánh răng trụ răng nghiêng
a) Bánh răng nghiêng phải, dao xoắn phải.
b) Bánh răng nghiêng trái, dao xoắn trái
H-íng ch¹y dao S
d
song song víi trôc cña chi tiÕt nªn khi phay l¨n b¸nh r¨ng
nghiªng, ph«i ph¶i cã chuyÓn ®éng quay bæ sung ®Ó h-íng cña r¨ng dao l¨n trïng
víi h-íng r¨ng gia c«ng. ChuyÓn ®éng nµy ®-îc thùc hiÖn nhê bé truyÒn dÉn vi sai
®· ®-îc thiÕt kÕ trong xÝch truyÒn ®éng cña m¸y.

Hình 1.3a: Chuyển động dao khi phay lăn răng thẳng
Khi phay l¨n b¸nh r¨ng th¼ng, dao tÞnh tiÕn mét ®o¹n S
i
sÏ gia c«ng ®-îc ®o¹n r¨ng
th¼ng tõ 1 → 2. Do ®ã, gia c«ng b¸nh r¨ng nghiªng th× ta ph¶i cho ph«i thªm mét
chuyÓn ®éng quay sao cho víi S
i
®ã dao sÏ c¾t tõ 1 → 2’.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

6

Hình 1.3b: Chuyển động dao khi phay lăn răng nghiêng
Nh- vËy, nÕu dao ch¹y th¼ng ®øng ®-îc mét ®o¹n L b»ng b-íc xo¾n cña r¨ng
nghiªng th× chuyÓn ®éng quay bµn m¸y mang chi tiÕt gia c«ng ph¶i quay nhanh
thªm (nÕu r¨ng dao vµ h-íng b¸nh r¨ng gia c«ng cïng chiÒu) hoÆc chËm ®i (nÕu
r¨ng dao vµ h-íng b¸nh r¨ng gia c«ng ng-îc chiÒu) võa ®óng mét vßng (t-¬ng øng
víi tæng sè r¨ng Z
c
cÇn gia c«ng). NÕu nh- chuyÓn ®éng cña bµn m¸y ®-îc nhanh
thªm (hay chËm ®i) chØ b»ng mét b-íc r¨ng th× dao phay ph¶i dÞch ®i mét qu·ng
®­êng S’:
S’ =
C C
Z
g D
Z
L β π cot
0 =
Sau khi bµn m¸y quay mét vßng th× dao phay dÞch chuyÓn ®-îc mét ®o¹n S
ht
; trong
khi ®ã, sù quay cña bµn m¸y ®-îc nhanh thªm (hay chËm ®i) mét gãc t-¬ng øng víi
sè r¨ng ΔZ:
ΔZ =
β cot π
.
'
0
g D
S Z
S
S
ht C ht =
S
ht
: l-îng ch¹y dao h-íng trôc
Do ®ã, b¸nh chia ph¶i ®-îc ®iÒu chØnh thµnh:
Z’ = Z C ± ΔZ = Z C ±
β cot π
.
0
g D
S Z
ht C = Z C ( 1 ±
β cot π
.
0
g D
S Z
ht C )
VËy, khi phay l¨n r¨ng nghiªng cÇn ®¶m b¶o tû sè truyÒn giưa dao vµ chi tiÕt lµ:
i = .
'
d
C
d c
d
Z
Z
Z
Z
n
n
= = ( 1 ±
0
.
.
D
tg S
ht
π
β
)


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

7
1.2.3 Xọc bao hình
Xäc bao h×nh b¶n chÊt dông cô c¾t lµ mét b¸nh r¨ng mµ mÆt ®Çu ®-îc t¹o thµnh mÆt
tr-íc cßn c¸c mÆt bªn t¹o thµnh c¸c mÆt sau cña l-ìi c¾t. Trong qu¸ tr×nh gia c«ng,
dông cô c¾t chuyÓn ®éng c¾t theo h-íng däc trôc cña b¸nh r¨ng vµ cïng víi chi tiÕt
cã chuyÓn ®éng quay c-ìng bøc.
Kho¶ng c¸ch trôc cña dông cô c¾t vµ chi tiÕt gia c«ng ®óng b»ng kho¶ng c¸ch t©m
cña cÆp b¸nh r¨ng t-¬ng tù ¨n khíp kh«ng cã khe hë.
Tèc ®é vßng cña dông cô c¾t vµ chi tiÕt gia c«ng ph¶i tu©n theo tû sè:
c
d
d
c
Z
Z
n
n
=
Trong ®ã: n
c
, n
d
lµ sè vßng quay cña chi tiÕt gia c«ng vµ dông cô c¾t
Z
c
, Z
d
lµ sè r¨ng cña chi tiÕt gia c«ng vµ dông cô c¾t.
Xäc r¨ng b»ng dao xäc d¹ng b¸nh r¨ng lµ dùa trªn nguyªn t¾c chuyÓn ®éng t-¬ng
hç giưa dao vµ chi tiÕt. Dao xäc vµ chi tiÕt gia c«ng ®-îc quay c-ìng bøc xung
quanh trôc cña chóng theo h-íng ng-îc nhau khi gia c«ng b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi
vµ cïng h-íng khi gia c«ng b¸nh r¨ng ¨n khíp trong.
Dao thùc hiÖn chuyÓn ®éng lªn xuèng V vµ chuyÓn ®éng xo¾n ®Ó c¾t gät khi gia
c«ng r¨ng nghiªng. Khi dao ®i xuèng lµ thùc hiÖn t¸ch phoi vµ khi chuyÓn ®éng trë
l¹i lµ hµnh tr×nh ch¹y kh«ng. Chi tiÕt cã chuyÓn ®éng ra vµo ®Ó dao kh«ng cµ vµo
mÆt ®· gia c«ng trong khi ch¹y kh«ng.

Hình 1.4: Sơ đồ xọc răng nghiêng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

8
Tuy nhiªn, còng cã thÓ xäc ®-îc b¸nh r¨ng nghiªng khi dao cã r¨ng nghiªng cïng
víi b¹c dÉn nghiªng t-¬ng øng. H-íng nghiªng cña r¨ng dao xäc cã thÓ lµ ph¶i hay
tr¸i, dao nghiªng ph¶i ®-îc dïng ®Ó gia c«ng r¨ng nghiªng tr¸i vµ ng-îc l¹i.
Khi xäc r¨ng nghiªng, ngoµi c¸c chuyÓn ®éng nh- xäc r¨ng th¼ng, ph«i cßn cã thªm
chuyÓn ®éng quay t-¬ng øng víi gãc nghiªng cña r¨ng.
1.3 Ảnh hưởng của sai số góc nghiêng đến chất lượng làm việc của bộ truyền
Bé truyÒn b¸nh r¨ng nghiªng, c¸c r¨ng kh«ng h-íng theo ®-êng sinh mµ lµm víi
®-êng sinh mét gãc β.

Hình 1.5: Các tham số của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng
Kh¸c víi r¨ng th¼ng, r¨ng b¸nh r¨ng nghiªng kh«ng vµo tiÕp xóc nhau trªn toµn bé
chiÒu dµi r¨ng mµ vµo khíp dÇn dÇn, ®-êng tiÕp xóc lan dÇn trªn chiÒu dµi r¨ng, ®«i
r¨ng phÝa tr-íc ra khíp bao nhiªu th× ®«i r¨ng phÝa sau vµo khíp bÊy nhiªu.

Hình 1.6: Hệ số trùng khớp của cặp bánh răng trụ răng nghiêng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

9
B¸nh r¨ng ngiªng lu«n cã Ýt nhÊt hai ®«i r¨ng ¨n khíp kÓ c¶ khi hÖ sè trïng khíp
ngang ɛ α nhá h¬n 1 (ɛ α =
bt
p
g α
< 1) miÔn lµ ®¶m b¶o hÖ sè trïng khíp däc ɛ β lín
h¬n 1
ɛ β = β
π
β sin .
.
.
n
w
bt
w
x
w
m
b
tg
p
b
p
b
= = > 1
Víi: p x lµ b-íc däc
p n = π.m n lµ b-íc ph¸p
p n = p x .sinβ
Trong quá trình chế tạo yêu cầu góc nghiêng β phải có độ chính xác cao và giữa 2
bánh chủ động và bị động phải có cùng góc nghiêng β và nên chế tạo cùng 1 dao.
Nếu bánh răng chế tạo không chính xác giữa 2 bánh răng ăn khớp thì 2 bánh răng
đó sẽ rất nhanh chóng bị hỏng do ma sát lớn, thậm chí có thể làm hỏng hay gẫy răng
trong quá trình truyền động và bộ truyền sẽ không làm việc được hay làm việc
không hiệu quả . V× vËy trong chÕ t¹o b¸nh r¨ng yªu cÇu ®é chÝnh x¸c gãc nghiªng
β rÊt cao. Khi lắp bộ truyền động bánh răng nghiêng chúng ta cần phải đo đặc chính
xác góc nghiêng β trước khi đưa vào làm việc.
1.4 Kỹ thuật và thiết bị kiểm tra các thông số trên bánh răng trụ
1.4.1 Đo bằng dụng cụ vạn năng
Khi kiểm tra bánh răng ta thường dùng hai phương pháp:
- Đo, kiểm tra từng thông số cơ bản về kích thước và hình dạng răng nhằm
phát hiện nguyên nhân gây nên sai số và từ đó có thể điều chỉnh một cách
thích hợp để đạt độ chính xác trong quá trình gia công. Các thông số này
cũng góp phần cho quá trình chế tạo lại bánh răng khi bánh răng bị hỏng.
- Đo, kiểm tra tổng hợp nhằm đánh giá chất lượng và khả năng sử dụng của
bánh răng sau khi gia công xong và bánh răng sau khi làm việc trong thời
gian lâu dài.