Đồ án Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết tang quấn xích

LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành Cơ Khí-Chế Tạo Máy, yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng đòi hỏi khắt khe. Buộc người công nghệ luôn luôn phải tìm tòi, sáng tạo để tìm ra những phương pháp gia công tối ưu nhất cho từng nguyên công cũng như cho cả quy trình công nghệ gia công (qtcngc) nhằm mục đích nâng cao năng suất, chất lượng, đồng thời giảm chi phí gia công, giảm thời gian gia công, qua đó giảm giá thành sản phẩm. Để lựa chọn phương pháp gia công tối ưu nhất, điều đặc biệt quan trọng là phải xác định được những yếu tố ảnh hưởng trong quá trình gia công và trên cơ sở đó, người làm công nghệ sẽ lựa chọn và đưa ra được phương pháp gia công tốt nhất cho từng nguyên công và cho cả quy trình công nghệ gia công. Được sự đồng ý và hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Phí Trọng Hảo, em xin giới thiệu nhiệm vụ Thiết Kế Đồ án Tốt Nghiệp với đề tài “Thiết kế qtcn gia công chi tiết tang quấn xích ”. Mặc dù được sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn cùng các bạn. Nhưng vì thời gian có hạn nên em còn nhiều thiếu xót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô trong bộ môn cũng như của các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng cho phép em được nói lời cảm ơn tới toàn bộ các thầy cô trong bộ môn và đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn trực tiếp Phí Trọng Hảo đã giúp đỡ em hoàn thành tốt phần đồ án tốt nghiệp này.  Hà Nội 5/2005 Sinh Viên Phạm Minh Thắng   PHẦN I TRUYỀN ĐỘNG HÀNH TINH I – KHÁI NIỆM VỀ TRUYỀN ĐỘNG HÀNH TINH CƠ BẢN. Trong truyền động bánh răng được chia làm 2 loại chính là truyền động bánh răng thường và truyền động bánh răng hành tinh. Truyền động bánh răng thường (Gear train): là truyền động giữa các bánh răng có trục quay cố định trong quá trình làm việc. Đây là loại truyền động phổ biến và đơn giản, hiệu suất lớn, tuổi thọ cao, nhưng chi áp dụng đươc cho những truyền động với tỷ số truyền nhỏ. Khi tỷ số truyền lớn thì kích thước bộ truyền lại quá lớn, đó là nhược điểm lớn của loại truyền động này. Truyền động hành tinh (Planetary Gear train): là truyền động giữa các bánh răng trong đó có ít nhất một bánh răng có trục quay di động trong không gian, trong loại truyền động này có thể có một hoặc nhiều bậc tự do. Cấu tạo của một truyền động hành tinh đơn giản, hình 1.1 Các bánh răng có đường trục cố định ( bánh 1và 3) được gọi là các bánh trung tâm. Các bánh răng có đường trục không cố định ( bánh 1) được gọi là các bánh răng vệ tinh. Khâu động mang trục của bánh răng vệ tinh ( khâu c) được gọi là cần. Hình 1.1 Tuy nhiên theo thuật ngữ tiếng anh thì tên gọi bánh răng 3 chưa được thoả mãn, để làm rõ điều này ta xét ví dụ hình 1.2. Ta nhận thấy tên gọi của các bánh răng có đường trục cố định ăn khớp trong khác với ăn khớp ngoài, cụ thể: Bánh răng ăn khớp ngoài: sun gear (s). Bánh răng ăn khớp trong lại có tên gọi: ring gear (r) Bánh vệ tinh: planet carrier / Hình 1.2 Tuy nhiên, vì các tài liệu tiếng Việt vẫn gọi các bánh răng có trục quay cố định là bánh trung tâm nên trong bản báo cáo này vẫn dùng như vậy. Để hiểu rõ về truyền động này ta tìm hiêu thêm ví dụ hình 1.3 sau:
 a) b) c) Hình 1.3 Trong hình 1.3: Trường hợp a: hệ là hệ vi sai, trường hợp này các bánh trung tâm đều quay. Trường hợp b: hệ hành tinh, trong trường hợp này ta cố định một trong các bánh răng trung tâm ( ở đây ta cố định bánh răng 3). Trường hợp c: hệ trở thành hệ bánh răng thường khi ta cố định cần c. Như vậy nếu theo phân tích trên thì hệ hành tinh là một trường hợp đặcbiệt của hệ vi sai. Tuy nhiên, vì hệ truyền động này có tên xuất phát từ việc quay hành tinh của một bánh răng vì vậy cả hệ vi sai va hành tinh có một tên gọi chung là truyền động hành tinh ( Planetary Gear Train). II- ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA TRUYỀN ĐỘNG HÀNH TINH. 1. Ưu điểm của truyền động hành tinh. Truyền động hành tinh có những ưu điểm chính sau: Truyền động hành tinh cho phép thực hiện với một tỉ số truyền lớn có thể lên tới 1:500. Vì vậy, truyền động hành tinh rất thích hợp với những hộp giảm tốc cần có tỷ số truyền lớn, nhưng yêu cầu kết cấu nhỏ gọn. So với hệ truyền động bánh răng thường thì hệ truyền động bánh răng hành tinh có hiệu suất cao hơn khi có cùng tỷ số truyền. Do đó hệ truyền động hành tinh thường được sử dụng với các bộ truyền có tỷ số truyền không lớn nhưng đòi hỏi có hiệu suất cao. Truyền động hành tinh cho một kết cấu nhỏ gọn, vì vậy truyền động này được dùng nhiều trong các hộp số tự động, ví dụ như cơ cấu truyền lực của ô tô, tời đa tốc, cơ cấu tay quay cần trục tháp, cơ cấu năng chuyển trong các máy nâng chuyển, … Hệ hành tinh cũng rất thích hợp với truyền động công suất lớn giữa hai trục đồng trục với nhau. Vì khi truyền động mômen truyền động được phân phối trên nhiều răng đang ăn khớp, nên tổng diện tích chịu lực sẽ tăng lên . 2. Nhược điểm của truyền động hành tinh. Kết cấu phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao về chế tạo và lắp ghép, nên việc chế tạo và lắp ráp gặp rất nhiều khó khăn, do đó giá thành cao Mặt khác, có những bộ truyền cho hiệu suất rất nhỏ. III – MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG TRUYỀN ĐỘNG HÀNH TINH. 1. Tỷ số truyền của một số cơ cấu hành tinh cơ bản. Việc tính toán tỉ số truyền của bánh răng hành tinh dựa vào công thức Willis, theo phương pháp này thì các thông số động học được xác định trên cơ sở chuyển động tương đối đối với cần. Để tính toán tỉ số truyền của truyền động hành tinh ta lấy một số ví dụ điển hình sau: a) cơ cấu hành tinh 2k – c: là loại cơ cấu hành tinh trong đó có 2 bánh trung tâm (2k) và cần (c) là những khâu cơ bản. Trong cơ cấu này cũng được chia làm 2 loại: Cơ cấu vi sai (Hình 1.4a) và cơ cấu hành tinh (hình 1.4b). a) b) Hình 1.4 Tỷ số truyền của cơ cấu vi sai 2k – c: Theo công thức Wllis thì tỷ số truyền từ bánh trung tâm 1 đến bánh trung tâm 3 trong chuyển động tương đối với cần c là:
Suy ra:
Đặt
thì ic13 = -p. Tỷ số truyền của cơ cấu hành tinh 2k – c:
Suy ra:
b) Cơ cấu hành tinh 3k. Là cơ cấu hành tinh có 3 bánh trung tâm và cần c là các khâu cơ bản. Ví dụ sơ đồ hình 1.5: Tỷ số truyền: Bất kỳ bộ truyền 3k nào có bánh trung tâm cố định đều có thể coi như ghép liên tiếp 2 cơ cấu 2k- c có bánh trung tâm cố định. Như vậy có thể xác định được tỷ số truyền của cơ cấu 3k bằng tích của 2 tỷ số truyền 2k- o. Nếu bánh trung tâm 3 cố định thì ta có: Hình 1.5
Hay
Hoàn toàn tương tự ta có:
c) Cơ cấu hành tinh k-c-v. Là cơ cấu bao gồm các khâu cơ bản là các bánh trung tâm và cần c, ngoài ra còn có cơ cấu w để nối khâu v với bánh vệ tinh 2, hình 1.6. Cơ cấu w là bộ phận không thể thiếu được của bộ truyền k-0-v, dùng để truyền động giữa các trục song song và có tỷ số truyền bằng +1, vạn tốc góc của khâu v bằng vận tốc góc của bánh vệ tinh 2. Tỷ số truyền: Vì nv = n2 nên i3vc = i32c tức ta có: i3vc = i32c = 1 – ic23. Hình 1.6 d) Cơ cấu hành tinh trong đó có các trục vuông góc với nhau. Hình 1.7 e) Các cách ghép nối các cơ cấu hành tinh với nhau. Mục đích: một cơ cấu hành tinh ở dạng cơ bản thường có tỷ số truyền không lớn, vì vậy trong thực tế người ta thường tiến hành ghép các cơ cấu hành tinh với nhau nhằm tạo ra bộ truyền có tỷ số truyền cao hơn, đa dạng về kết cấu, khác nhau về động học và hiệu suất, với bậc tự do khác nhau có thể thoã mãn được nhiều truyền động ta đặt ra. Việc so sánh, đánh giá và tìm ra tổ hợp kết cấu tối ưu là khá phức tạp, vả lại nó còn phụ thuộc vào truyền động mà ta đặt ra. Vì vậy trước hết ta cần tìm hiểu các phương án ghép nối. Ghép nối các cơ cấu 2k- 0 với nhau. Việc ghép nối các cơ cấu 2k- 0 với nhau cho ta tỷ số truyền khá, hiệu suất cao, kết cấu đơn giản nhỏ gọn. Vì vậy đây là cơ cấu cơ bản nhất và được dùng nhiều trong thực tế như hộp số tự động trong hệ thống truyền lực của ô tô, tời đa tốc, cơ cấu quay cần trục tháp, v v. Ví dụ trên hình 1.8 là sơ đồ động biểu diễn cụ thể việc ghép 2 cơ cấu 2k- o, tạo thành hệ hành tinh 2 cấp. Hình 1.8 Khi ta ghép 2 khâu cơ bản bất kỳ của 2 cơ cấu 2k- o với nhau, đồng thời có sự nối kín hai khâu khác của cấp nhanh và cấp chậm tạo nên các hệ vi sai kín. Hình 1.9 là một số cách ghép cụ thể.
 Hình 1.9 Ghép các cơ cấu 3k với 2k- o. Cách ghép này cho phép thực hiện tỷ số truyền khá lớn nhưng kết cấu lại rất phức tạp, khó chế tạo và lắp ráp, nên hiệu suất truyền động không cao. Trên hình 1.10a là một ví dụ cụ thể, trong sơ đồ này ta thực hiện ghép cấp thứ nhất là cơ cấu 3k với cấp thứ 2 là cơ cấu 2k- o.
 b) Hình 1.10 Ghép liên tiếp các cơ cấu 3k. Cách ghép này cho ta tỷ số truyền rất lớn, phương án ghép nối đa dạng, song do kết cấu phức tạp, chế tạo và lắp ráp rất khó khăn nên hiệu suất và giá thành cao. Nhưng trong những trường hợp cụ thể thì nó lại cho hiệu qủa cao nên cách ghép này vẫn được dung nhiều trong thực tế. Trên hình 1.10b ta thực hiện ghép liên tiếp hai cơ cấu 3k với nhau. Như vậy, việc ghép nối các cơ cấu hành tinh cơ bản cho phép tạo ra các hệ hành tinh khác nhau với các thông số về tĩnh học, động học, kết cấu và hiệu suất khác nhau. Trong thực tế thường gặp các truyền động hành tinh (hộp tốc độ, hộp giảm tốc, …) sử dụng các tổ hợp ghép nối này. 2) Bậc tự do của hệ hành tinh. Xuất phát từ công thức tính bậc tự do cho cơ cấu phẳng [2], có: W = 3n - 2p5 - p4. Trong đó: W - số bậc tự do cần tính. n – số khâu động. P5 – số khớp thấp loại 5. P4 - số khớp cao loại 4. Ta thấy p5 chính là số khâu động, p5 = n, nên ta có: W = n - k. Lại có: n = no + k, trong đó no là số khâu cơ bản, còn k là số cum bánh vệ tinh. Còn p4 = 2k. Từ đó ta có công thức xác định bậc tự do cho truyền động hành tinh bất kỳ: W = n0 - k. Để làm rõ công thức trên ta lấy một số ví dụ sau: Ví dụ 1: tính bậc tự do của cơ cấu hành tinh sau, hình 1.11 Trong ví dụ này ta có: Số khâu cơ bản n0 = 3 (bánh 1, 3 và cần c) Số cụm bánh vệ tinh k = 1 (cụm vệ tinh chứa bánh vệ tinh 2). Vì vậy bậc tự do của cơ cấu: W = n0- k = 3- 1 = 2. Hình 1.11 Ví dụ 2: tính bậc tự do của cơ cấu hành tinh sau, hình 1.12: Trong hình 1.12 có Số khâu cơ bản n0 = 2 (bánh trung tâm 1 và cần c). số cụm vệ tinh k = 1 (cụm chứa bánh vệ tinh 2). Vậy bậc tự do của hệ: W = n0 - k = 2- 1 = 1. Hình 1.12 Ví dụ 3: tính bậc tự do của bộ truyền động O.Divabus 200 (Tây Đức cũ), hình 1.13
 Hình 1.13 Trên hình 1.13 ta có: Số khâu cơ bản n0 = 7, đó là những khâu A, B, 1, 2, 3, 4, 5 Số cụm hành tinh k = 5 Vật bậc tự do của hệ là: W = n0- k = 7- 5 = 2 3) Hệ hành tinh. Căn cứ vào bậc tự do w và cấu tạo của hệ hành tinh chúng ta phân ra thành hệ vi sai, hệ thuần hành tinh, hệ vi sai kín, hệ hỗn hợp. Hệ vi sai: hệ vi sai là hệ hành tinh có 2 bâc tự do trở lên, vì vậy trong hệ vi sai sẽ co rất nhiều phương án truyền động khác nhau tuỳ thuộc vàocơ cấu vi sai trong hệ và cách ghép nối. Hình 1.14 là một ví dụ về hệ vi sai.
 Hình 1.14 Hệ thuần hành tinh: Từ hệ hành tinh có w bậc tự do, ta sẽ nhận được một hệ thuần hành tinh có một bậc tự do, khi ta hạn chế (w- 1) bậc tự do bằng cách cố định một số khâu cơ bản. Ví dụ hình 1.15. Trong hình 1.15, ta cố định một trong các bánh trung tâm, ở đây ta cố định bánh trung tâm 3 thì cho ta một hệ thuần hành tinh. Hình 1.15 c) Hệ vi sai kín: Hệ vi sai kín là hệ nhận được khi ghép một cơ cấu vi sai với các cơ cấu nối kín khác như cơ cấu hành tinh, bộ truyền thường, hay bộ biến tốc, … ta sẽ nhậ được hệ vi sai kín với một bậc tự do. Cách nối kín ở đây có thể hiểu là ta nối trục vào với trục ra của hệ bánh răng vi sai bằng một cơ cấu nối hoặc nối kín hai cơ cấu vi sai với nhau, tức là nối đầu ra của hệ này với đầu vào của hệ kia bằng các cơ cấu nối kín. Xét một số ví dụ sau, hình 1.16.
 a) b) hình 1.16 Trong hình 1.16a, ta nối kín bánh vào 1 với bánh ra 3, ta được hệ vi sai kín một bậc tự do. Trong hình 1.16b ta có hệ bánh răng vi sai mà trục vào và trục ra được nối với nhau bằng một hệ bánh răng thường cho ta một hệ vi sai kín có một bậc tự do. Ưu điểm của loại bộ truyền này là có kích thước nhỏ gọn nhưng có thể đạt được tỷ số truyền lớn. Vì vậy nó được dùng nhiều trong thực tế. Chú ý rằng trong thực tế người ta còn thực hiện việc ghép nối hệ hành tinh với hệ thường tạo thành một hệ hành tinh hỗn hợp. ví dụ hình 1.17: Trong hình 1.17, ta đã thực hiện ghép nối một hệ hành tinh nối tiếp với một hệ bánh răng thường. Khi phân tích động học của hệ bánh răng hỗn hợp ta phải xét riêng hệ thống bánh răng thường và hệ hành tinh. Hình 1.17 4) Các điều kiện trong truyền động bánh răng hành tinh. a) Đặt vấn đề. Số răng của các bánh răng trong hệ hành tinh được chọn không những để thực hiện tỉ số truyền cho trước mà đồng thời còn phải thoả mãn một số điều kiện cấu tạo và lắp ghép nữa. Trước hết để cơ cấu có thể chuyển động được trục của các bánh răng trung tâm phảI trùng với với trục của cần c. Mặt khác, trong quá trình chuyển động của hệ bánh răng ứng với mỗi bánh vệ tinh hay mỗi khối bánh vệ tinh có một lực li tâm. Để cân bằng lực li tâm này phảI dùng một số bánh vệ tinh hay một số khối bánh vệ tịnh phân bố cách đều nhau xung quanh trục quay của cần c. Khi phân bố như vậy thì nó có dạng một chạc có nhiều nhánh phân bố đều, mỗi bánh này mang ổ trục một bánh vệ tinh hoặc một khối bánh vệ tinh. Khi đó vấn đề đặt ra là phảI lắp được các bánh vệ tinh hay khối bánh vệ tinh trên các nhánh của cần c sao cho các bánh vệ tinh hay các khối bánh vệ tinh đồng thời ăn khớp với các bánh trung tâm(chính là điều kiện lắp của hệ hành tinh). b) Các điều kiện trong hệ hành tinh. Bởi vì mỗi hệ hành tinh có cấu tạo khác nhau nên nói chung là có các điều kiên đồng trục, điều kiện lắp, điều kiện kề khác nhau, vì vậy để nêu ra được các điều kiện của hệ hành tinh ta phải lấy một sơ đồ cụ thể. Ví dụ ta tìm điều kiện lắp cho sơ đồ cơ bản trên hình 1.18 Điều kiện đồng trục. Gọi bán kính vòng lăn của các bánh răng 1, 2, 3 lần lượt là r1, r2, r3, để các bánh răng trung tâm 1, 3 và cần c đồng trục với nhau thì phải có: r3 = r1 + 2r2. Hình 1.18 Để các bánh răng ăn khớp được với nhau thì chúng phảI có cùng môđun m, nên từ biểu thức trên ta có: mz3 = mz1 + 2mz2 hay: z3 = z1 + 2z2 Từ đó ta có:
(1.1) Biểu thức (1.1) cho thấy số răng z1 và số răng z3 của các bánh trung tâm 1 và 3 phảI là những số cùng chẵn hoặc cùng lẻ (để số răng z2 của bánh vệ tinh 2 là số nguyên) được gọi là điều kiện đồng trục của hệ bánh răng hành tinh đã cho. Điều kiện lắp. Việc tìm ra điều kiện lắp xuất phát từ việc lắp các bánh răng vệ tinh vào cần sao cho các bánh vệ tinh ăn khớp được đồng thời với các bánh trung tâm. Gọi k là số bánh răng vệ tinh, thì cần c có k nhánh phân bố đều nhau, góc giữa hai nhánh kế tiếp nhau sẽ là:
Trước hết, ta lắp bánh vệ tinh thứ nhất vào cần c sao cho nó ăn khớp đồng thời được với bánh trung tâm 1 và 3. việc điều chinh cho bánh này ăn khớp được đồng thời với hai bánh trung tâm là dễ dàng, ta chỉ việc lựa một cách thích hợp vị trí tương đối giữa các bánh răng trung tâm. Tiếp theo ta lắp tiếp bánh vệ tinh thứ 2 lên cần c. Giả sử bánh răng 3 cố định, cho cần c quay một góc (. Khi đó bánh 1 sẽ quay được một góc ( bằng:
(1.2) Vì bánh 3 cố định nên ta có:
(1.3) Nên có:
(1.4) Điều kiện lúc này là hai bánh vệ tinh phải ăn khớp được đồng thời với các bánh trung tâm 1 và 3 tại vị trí hiện tại của chúng. Nên vị trí hiện tại của bánh trung tâm 1 và 3 phải giống như vị trí tương đối ban đầu giữa chúng như khi lắp bánh vệ tinh thứ nhất. Vì 3 cố định nên vị trí của nó vẫn được giữ như cũ. Cho nên để thoả mãn điều kiện vừa nêu trên thì cung chứa góc ( (trên vòng lăn) của bánh trung tâm 1 phải bằng bội số bước răng của nó:
(1.5) Trong đó: p- bước trên vòng lăn của bánh răng trung tâm 1. q- một số nguyên. Từ các biểu thức trên ta suy ra được điều kiện lắp cho hệ hành tinh như sau:
. (1.6) Điều kiện kề. Khi ta lắp nhiều bánh vệ tinh trên cùng một chạc bánh răng thì vấn đề đặt ra là đỉnh của các bánh vệ tinh có thể chạm nhau trong qúa trình hoạt động, vậy điều kiện đặt ra ở đây là vòng đỉnh của các bánh vệ tinh phải không cắt nhau hay tiếp xúc với nhau. Gọi a là khoảng cách tâm giữa bánh trung tâm và bánh vệ tinh, và da là đường kính ngoài của bánh vệ tinh (hình 1.19) thì điều kiện trên tương đương với: O1O2 > da Trong đó: O1O2 = 2a.sin((/k). Từ đó ta có điều kiện : Da < 2a.sin ((/k). (1.7) Điều kiện (1.7) là điều kiện kề cần tìm. Hình 1.19 c) Ví dụ. Tính toán bộ truyền giảm tốc gắn với động cơ có công suất N = 1,5 Kw số vòng quay của trục động cơ nđc = 950 vg/ph, số vòng quay yêu cầu ở trục ra của động cơ là n = 23 vg/ph, hình 1.20.
 Hình 1.20