Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế tính toán và chế tạo bánh răng côn cong dùng trong công nghiệp

Bé c«ng th−¬ng

viÖn nghiªn cøu c¬ khÝ

B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi

Nghiªn cøu, kh¶o s¸t, thiÕt kÕ tÝnh to¸n

vµ chÕ t¹o b¸nh r¨ng c«n cong

dïng trong c«ng nghiÖp

Chñ nhiÖm ®Ò tµi: ks . ®µo duy trung

6867

19/5/2008

hµ néi - 2007

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007

“ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp”

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 1

MỤC LỤC

CÁC THÀNH VIÊN VÀ CƠ QUAN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI………...3

MỞ ĐẦU.................................................................................................................... 4

Chương 1 TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ..................... 6

1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài................................................................ 6

1.2 Tổng quan trong nước việc thiết kế, chế tạo bánh răng côn cong.................... 8

1.3 Ưu nhược điểm của bánh răng côn cong........................................................ 13

1.3.1 Ưu điểm ................................................................................................... 13

1.3.2 Nhược điểm.............................................................................................. 13

1.4 Các hệ bánh răng côn cong và phạm vi nghiên cứu của đề tài....................... 14

1.4.1 Các hệ bánh răng côn cong..................................................................... 14

1.4.2 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng cong và phạm vi nghiên

cứu của đề tài ................................................................................................... 14

Chương 2 NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ…………16

2.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn cong......................................................... 16

2.1.1 Đối với hệ Gleason.................................................................................. 16

2.1.2 Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg............................................. 17

2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon ................................................... 18

2.2 Truyền động bánh răng côn răng cong tròn ................................................... 19

2.2.1 Số răng của bánh răng nhỏ và bánh răng lớn......................................... 19

2.2.2 Môđun...................................................................................................... 21

2.2.3 Góc nghiêng và hướng răng.................................................................... 22

2.2.4 Prôfin gốc và dạng răng chiều trục......................................................... 25

2.2.5 Chọn đường kính danh nghĩa của đầu dao ............................................. 28

2.2.6 Chọn hệ số dịch chỉnh và hệ số thay đổi chiều dày tính toán của răng

prôfin gốc.......................................................................................................... 31

2.2.7 Hệ số để tính toán góc chân răng và góc đầu răng bánh răng côn có

dạng răng dọc II............................................................................................... 33

2.2.8 Tính toán các thông số hình học ............................................................. 35

2.3 Yêu cầu kỹ thuật............................................................................................. 39

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007

“ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp”

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 2

2.4 Kết luận Chương 2 ......................................................................................... 40

Chương 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ

TẠO - CHẾ TẠO CẶP BÁNH RĂNG ................................................................. 41

3.1 Tính toán các thông số hình học và thiết kế ................................................... 41

3.1.1 Phần mềm tính toán và thiết kế ............................................................... 41

3.1.2 Các kết quả tính toán các thông số hình học và bản thiết kế.................. 45

3.2 Quy trình công nghệ chế tạo cặp bánh răng côn cong.................................... 51

3.2.1 Bánh răng chủ động (bánh răng quả dứa).............................................. 51

3.2.2 Bánh răng bị động (bánh răng chậu)...................................................... 52

3.2.3 Quy trình công nghệ nhiệt luyện ............................................................. 53

3.3 Thuật toán chương trình tính và điều chỉnh máy phay răng........................... 62

3.4 Kết quả chế tạo cặp bánh răng........................................................................ 67

3.5 Dụng cụ và phương pháp gia công bánh răng côn cong hệ Gleason ............. 68

3.5.1 Dụng cụ để gia công bánh răng côn cong hệ Gleason:.......................... 68

3.5.2 Các phương pháp gia công bánh răng côn cong hệ Gleason ................. 69

3.5.3 Chọn hướng quay của đầu dao ................................................................ 71

Kết luận Chương 3 ................................................................................................. 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................ 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH....................................................................... 73

Một số hồ sơ thử nghiệm, nghiệm thu có liên quan

PHỤ LỤC 1 - Các số liệu tiêu chuẩn, tính toán thiết kế cặp bánh răng và dao cắt

PHỤ LỤC 2 – Các kết quả tính toán thiết kế cặp bánh răng côn cong (in kèm Báo

cáo)

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007

“ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp”

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 3

THÀNH VIÊN NHÓM ĐỀ TÀI

1. Đào Duy Trung TS. Cơ khí, Chế tạo máy Viện Nghiên cứu Cơ khí

2. Nguyễn Mạnh Tuấn KS. Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

3. Nguyễn Khoa Nguyên Ths. Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí

4. Lê Thanh Sơn TS. Cơ khí, Trung tâm nghiên cứu

KT Cơ khí Chính xác - Đại học Bách khoa Hà Nội

5. Trần Đức Hưng Đại tá, Thsĩ. Cơ khí, Giám đốc xí nghiệp Cơ khí Chính

xác 79, Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, Bộ

Quốc phòng

DANH SÁCH CÁC ĐƠN VỊ CÙNG THAM GIA THỰC HIỆN

1. Viện Nghiên cứu Cơ khí

2. Trung tâm Kỹ thuật Cơ khí Chính xác - Đại học Bách khoa Hà Nội

3. Nhà máy Cơ khí Chính xác 79, Z111, Tổng cục Công nghiệp Quốc

phòng - Bộ Quốc phòng

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007

“ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp”

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 4

MỞ ĐẦU

Bánh răng côn răng cong là loại chi tiết máy cơ khí có kết cấu phức tạp,

tính toán thiết kế nhiều thông số, có quy trình công nghệ gia công cơ khí

không đơn giản, cần gia công trên các máy chuyên dùng có độ chính xác cao.

Tuy nhiên nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị máy móc thuộc các

lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế (thiết bị giao thông vận tải, thiết bị khai

thác mỏ, thiết bị công nghiệp nhẹ, thiết bị công nghiệp nặng, thiết bị quân sự,

đặc biệt sử dụng nhiều trong công nghiệp ôtô, máy kéo, tàu thuỷ, v.v..), vì có

rất nhiều ưu điểm trong truyền động, như: khả năng tải lớn, độ bền và tuổi thọ

cao, làm việc êm ngay cả ở tỷ số truyền động lớn, đảm bảo truyền động với tỷ

số truyền chính xác, cho phép có sai số lớn trong lắp ráp, giảm kích thước của

bộ truyền .

Nghiên cứu để tính toán, thiết kế và chế tạo bánh răng côn răng cong là

một vấn đề cần thiết lúc này, đặc biệt hiện nay việc chế tạo bánh răng côn

cong sẽ có một thị trường với tiềm năng lớn và sẽ được phát triển khi công

nghiệp sản xuất ô tô trong nước đang được hình thành và có định hướng đi lên.

Trước đây, việc đầu tư chiều sâu cho công nghiệp sản xuất bánh răng, đặc biệt

là gia công bánh răng côn răng cong còn bị hạn chế cả về nghiên cứu cũng

như chế tạo sản phẩm. Sản xuất bánh răng côn răng cong ở trong nước mới

chỉ dừng lại ở mức sản xuất đơn chiếc, mang tính chất chế tạo phụ tùng thay

thế dựa trên các thế hệ máy cũ của Liên xô 9 (cũ) và Cộng hoà Dân chủ Đức

trước đây. Không chỉ việc nghiên cứu chế tạo mà tính toán thiết kế, lập quy

trình công nghệ chế tạo cũng chưa thực sự hoàn chỉnh, đặc biệt còn chưa áp

dụng các phần mềm chuyên dụng cho khâu tính toán, thiết kế, điều chỉnh tự

động theo chương trình máy cắt răng. Điều đó làm cho chất lượng sản phẩm

bánh răng côn răng cong thấp, giá thành cao và không đáp ứng được nhu cầu

của sản xuất cũng như thị trường đòi hỏi.

Trong khi đó trên thế giới việc gia công bánh răng đã được ứng dụng các

công nghệ mới, tiên tiến, như việc: tính toán thiết kế bằng các phần mềm

chuyên dụng cho thiết kế bánh răng, gia công trên máy CNC,.....

Việc cho triển khai đề tài: “Nghiên cứu khảo sát, tính toán thiết kế và

chế tạo bánh răng côn cong dùng trong công nghiệp” là cần thiết, có ý nghĩa

và hiệu quả kinh tế xã hội, đáp ứng đòi hỏi của thực tế hiện nay.

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007

“ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp”

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 5

Trong quá trình triển khai thực hiện, nhóm đề tài xin chân thành cám ơn

Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ Công nghiệp, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Trung

tâm nghiên cứu Kỹ thuật Cơ khí chính xác- Đại học Bách khoa Hà Nội, nhà

máy cơ khí chính xác 79, Z111 - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng, các cơ

sở có liên quan, các công tác viên của đề tài đã hợp tác, giúp đỡ hoàn thành

công việc.

Thay mặt nhóm đề tài

Chủ nhiệm ĐT

TS. Đào Duy Trung

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ NĂM 2007

“ Nghiên cứu, khảo sát, thiết kế ..... bánh răng côn cong trong công nghiệp”

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ - BỘ CÔNG THƯƠNG 6

Chương 1 TỔNG QUAN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan nghiên cứu ở nước ngoài

Theo những thông tin mới nhất cập nhật trên mạng, hiện nay trên thế

giới ở một số nước như Mỹ, Nhật Bản, Cộng hoà Liên bang Đức, Ấn Độ, Hàn

Quốc, Trung Quốc,…việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bánh răng côn cong

tập trung một số hướng sau:

- Mô phỏng 3D mặt răng của bánh răng côn cong;

- Mô phỏng quá trình chế tạo 3D bánh răng côn cong;

- Thiết kế tối ưu hoá bánh răng côn cong có răng cao dựa trên thuật toán di

truyền học;

- Thiết kế và mô phỏng sai số truyền động hình học bánh răng côn cong;

- Mô hình hoá và mô phỏng các thông số 3D nhờ phần mềm Pro/eng.;

- Mô phỏng lưới tải trọng và thử quan hệ động lực học bánh răng côn cong

có chiều cao răng dài;

- Mô hình hoá CAD 3D bánh răng côn cong hệ Gleason khi cắt răng thực

tế;

- Nghiên cứu chế tạo bánh răng côn cong bằng NC;

- Nghiên cứu điều khiển số chế tạo bánh răng côn cong trên trung tâm gia

công;

- Lựa chọn tự động thông số truyền động của bánh răng côn cong và

Hypoit;

- Phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu độ bền bánh răng côn cong;

- Phân tích đáp tuyến điều hoà trục chính máy mài lắp bánh răng côn

cong;

- Nghiên cứu bánh răng côn cong dạng WN được chế tạo bằng trung tâm

gia công,…..

Dưới đây là một số hình ảnh dây chuyền thiết bị và sản phẩm bánh răng

được sản xuất trên thế giới (Hình 1.1 và 1.2).