GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Trong ngành gia công chế tạo cơ khí, đặc biệt là khi làm việc với các bề mặt phức tạp, chuyển động phân độ đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được độ chính xác hình dáng Thiết bị phân độ là thành phần thiết yếu của máy công cụ, với các cơ cấu phân độ đơn giản như đầu phân độ trực tiếp, gián tiếp, vạn năng và quang học đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành chế tạo máy.
Hiện nay, với sự nâng cao đời sống, nhu cầu sản xuất công nghiệp ngày càng tăng Do đó, việc thiết kế đầu phân độ vạn năng chuyên dụng là cần thiết để giảm bớt sức lao động cho công nhân, đồng thời đảm bảo năng suất cao, độ chính xác, ổn định và tin cậy Các thiết kế này cần có kết cấu đơn giản và tính kinh tế phù hợp với điều kiện chế tạo và sử dụng của từng cơ sở sản xuất.
Trong bối cảnh hiện tại của Việt Nam, nghiên cứu, thiết kế và phát triển các thiết bị phân độ là rất quan trọng cho ngành chế tạo máy.
Đề tài này tập trung vào nghiên cứu và thiết kế đầu phân độ không có đĩa chia, sử dụng cơ cấu vi sai trong máy phay vạn năng.
Mục tiêu đề tài
Thiết kế được bản vẽ lắp của đầu phân độ
Tính toán, thiết kế chi tiết các bộ phận chính của đầu phân độ.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu: Đồ án nghiên cứu chính về đầu phân độ không có đĩa chia sử dụng cơ cấu vi sai gồm hệ thống bánh răng côn
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: Đề tài chủ yếu tìm hiểu, thu thập thông tin và chọn lọc nguồn tài liệu từ sách giáo trình, tài liệu tiếng việt và tiếng anh, video clip, hình ảnh trên internet, tìm hiểu thực tế đầu phân độ ở xưởng trong trường.
Kết cấu của đồ án
Nội dung đồ án gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Giới thiệu về đầu phân độ
Chương 3: Nghiên cứu cơ cấu vi sai
Chương 4: Tính toán phân độ đầu phân độ không có đĩa chia
Chương 5: Tính toán, thiết kế đầu phân độ không có đĩa chia
Kết luận và đưa ra đề xuất (nếu có)
TỔNG QUAN VỀ ĐẦU PHÂN ĐỘ
Phân loại đầu phân độ
2.1.1 Đầu phân độ trực tiếp:
Đầu phân độ trực tiếp trong công việc phay mang lại năng suất và hiệu quả kinh tế cao hơn Hình 2.1 minh họa đầu phân độ với trục chính có thể quay theo đĩa 12 khoảng chia, cho phép chia chi tiết thành 2, 3, 4, 6 và 12 phần bằng nhau.
Trong thân máy, trục chính quay được lắp đặt với mâm cặp tốc ở đầu phải và mũi tâm nằm trong trục chính Đầu trái của trục chính có đĩa với 12 rãnh đều nhau Đai ốc có chức năng điều chỉnh khe hở trong ổ bi của trục chính, và việc điều chỉnh này được thực hiện bằng tay quay.
Để quay đĩa, sử dụng đĩa 4 để hãm trục chính, được định vị nhờ cần hãm 1 Vỏ 5 giúp chắn bụi và phoi rơi vào các bộ phận bên trong đầu Ụ sau 10 giữ mút thứ hai của chi tiết gia công, với mũi tâm 9 có thể dịch chuyển theo phương dọc nhờ vô lăng 12 và được kẹp chặt bằng vít 11 Loại đầu chia này cũng có thể chế tạo với trục chính thẳng đứng.
Hình 2.1 – Đầu phân độ trực tiếp
2.1.2 Đầu phân độ đơn giản: Ở đầu phân độ đơn giản, người ta chia độ theo một đĩa chia cố định, còn tay quay của đầu phân độ này nối với trục chính qua một bộ truyền bánh vít – trục vít Sơ đồ động không gian của đầu phân độ đơn giản được trình bày trên hình 2.2
Hình 2.2 – Đầu phân độ đơn giản (sơ đồ động không gian)
Trong các đầu phân độ đơn giản, số răng của bánh vít thường là 40, trong khi trục vít có một đầu mối Để trục chính quay một vòng, tay quay (trục vít) cần quay 40 vòng; nếu trục chính quay 1/2 vòng, tay quay sẽ quay 20 vòng Số vòng quay của tay quay cần thiết để trục chính quay một vòng được gọi là đặc tính của đầu phân độ và ký hiệu là N Số vòng quay n của tay quay cần thiết để đạt được số khoảng chia của chi tiết được xác định theo công thức: z = N/n.
N: đặc tính của đầu phân độ z: số khoảng chia cần thiết của chi tiết
2.1.3 Đầu phân độ vạn năng:
Hình 2.3 - Đầu phân độ vạn năng
Đầu phân độ vạn năng trong hình 2.3 có thân 10 gắn trên đế ngang 20, cho phép quay hộp theo thang chia độ khi nới lỏng các đai ốc Đế có hai rãnh hở để kẹp chặt đầu phân độ với bàn máy Trục chính có lỗ thông suốt và các đầu mút được gia công thành côn moóc, với mũi tâm 21 ở đầu trước và trục gá chia độ vi sai ở đầu sau Đầu trước của trục chính có ren và vành định tâm 7 để kẹp mâm cặp ba vấu hoặc mâm cặp tốc Vành chia độ 8 có 24 lỗ được gắn ở vai trục chính, trong khi bánh vít ở giữa trục chính nhận chuyển động từ trục vít nằm trong ống lệch tâm Đĩa chia độ được lắp trên trục đã gắn vào ổ bi trượt, với nắp đậy 19 cố định vào thân 10 và đế Hình quạt 18, bao gồm thước 14 và vít kẹp 13, giúp định vị các thước theo góc cần thiết và được ép chặt vào đĩa chia độ nhờ lò xo, trong khi vòng đệm lò xo ngăn chặn hiện tượng tự quay.
Trục truyền động cơ khí 16, lắp trong ổ bi trượt và bạc 15, được gắn chặt lên nắp đậy 19 Cuối trục có bánh răng côn khớp với bánh răng côn trên trục của đĩa chia độ, trong khi chốt 17 được sử dụng để định vị đĩa chia độ ở các vị trí cần thiết.
Mũi tâm của ụ sau có khả năng di chuyển theo chiều dọc và ngang, với thân 2 được gắn chặt vào đế 24 bằng chốt kết nối với thanh răng Quá trình quay đầu trục răng cho phép di chuyển thân lên trên và xoay quanh tâm chốt Ụ sau được cố định trên bàn máy bằng đinh ốc và mũ ốc tại các vị trí cần thiết Khi quay vô lăng 1, được gắn trên trục vít, nòng 3 sẽ di chuyển đồng thời với mũi tâm vát 4.
2.1.4 Đầu phân độ quang học: Đầu phân độ quang học được dùng khi cần chia đặc biệt chính xác, nó cũng dùng để kiểm tra việc chia độ
Hình 2.4 – Đầu phân độ quang học a) Dạng bề ngoài của đầu phân độ b) Mặt cắt theo trục chính c) Thị trường của thị kính với góc chia 9 o 25’
Đầu phân độ quang học có hình dạng tương tự như đầu phân độ cơ khí, bao gồm một hộp ngoài gắn chặt trên bàn máy và trục chính được lắp trong các ổ bi Trục vít được kết nối với vô lăng, tạo nên cấu trúc hoạt động chính của đầu phân độ quang học.
Bánh vít 8 và trục chính có khả năng được kẹp ở bất kỳ vị trí nào nhờ vào tay quay 2, kết nối với vòng đệm ép 9 Trục vít 12 và bánh vít 8 chỉ đảm nhận chức năng quay trục chính, và sai số của chúng không ảnh hưởng đến độ chính xác trong quá trình làm việc của đầu.
Trục vít được lắp trong bạc lệch tâm 7, cho phép hạ trục cùng với trục vít xuống và nhả khớp với bánh vít, giúp quay nhanh trục chính bằng tay Hộp chứa thang chia độ 360 độ, với kính hiển vi 5 ở phía trên đầu phân độ Hệ quang học của kính hiển vi có thang cố định 6, gồm 60 phần với độ chia 1’, tạo điều kiện thuận lợi cho việc quan sát và đo đạc chính xác.
6 thể thấy rõ trong thị kính và theo kinh nghiệm ta có thể tính được các độ chia ấy với độ chính xác là 1/4 phút
Để điều chỉnh trục chính một cách chính xác, hãy sử dụng vô lăng 1 để quay theo góc cần thiết Để đảm bảo vị trí chính xác hoàn toàn, hãy quay từ từ đầu con lăn kết nối với vô lăng 1 thông qua cặp bánh răng côn.
Góc quay trục chính cũng được xác định như trường hợp chia độ trực tiếp bằng đầu chia độ cơ khí theo công thức sau: z
Nếu cho biết bước chia đo trên một vòng tròn xác định, thì góc quay sẽ được xác định theo công thức:
P – bước chia, đo trên một vòng tròn có đường kính D, mm
D – đường kính chi tiết gia công, mm
Khi sử dụng đầu phân độ, cần lưu ý rằng các góc quay liên tiếp được cộng gộp, vì vậy nên lập một bảng chi tiết về tất cả các góc quay của trục chính trước khi thực hiện.
Ví dụ: Khi chia ra z = 51 phần thì bảng cần có 50 dòng (quay lần thứ nhất 1 7 o 03’32’’, quay lần thứ hai 2 = 14 o 07’04’’,…
2.1.5 Đầu phân độ nhiều trục: Đầu phân độ nhiều trục chính sử dụng có hiệu quả khi gia công các chi tiết nhỏ với số lượng nhiều Có các loại như sau:
Đầu phân độ hai trục chính
Đầu phân độ ba trục chính
Đầu phân độ bốn trục chính
Hình 2.5 – Đầu phân độ ba trục chính.
Các phương pháp phân độ
Tùy theo yêu cầu công việc và tùy mức độ chính xác cần thiết, có thể áp dụng một trong các phương pháp sau:
Phân độ phay rãnh xoắn
Phương pháp phân độ trực tiếp hoạt động dựa trên nguyên tắc liên kết trực tiếp giữa mẫu chia (đĩa phân độ) và chi tiết gia công mà không cần sử dụng cơ cấu trung gian Khi đĩa phân độ quay, chi tiết gia công cũng quay theo cùng một tỷ lệ.
Phương pháp này phụ thuộc vào đĩa phân độ, dẫn đến số phần chia và sai số có độ chính xác thấp Dù vậy, nó vẫn có ưu điểm là đơn giản, giá thành rẻ và thao tác dễ dàng Nguyên tắc này thường được áp dụng trong các đồ gá quay chuyên dụng, chẳng hạn như gá khoan lỗ dầu ở rãnh pít tông ô tô Để tăng cường tính linh hoạt, có thể thay thế đĩa phân độ với số lỗ khác nhau.
Ví dụ: đĩa có 24 lỗ thì đĩa chia được 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24 phần bằng nhau, đĩa có 30 lỗ thì chia được 2, 3, 5, 6, 10, 15, 30 phần đều nhau,…
Hình 2.6 – Gá đầu phân độ trực tiếp trên máy phay
Nguyên tắc của phân độ giản đơn là tạo ra mối quan hệ giảm tốc giữa chuyển động của tay quay phân độ và chi tiết gia công, nhằm giảm thiểu sai số trên chi tiết Điều này giúp chi tiết không bị ảnh hưởng bởi mức sai số lớn như đĩa phân độ, đồng thời cho phép số phần chia được nhiều hơn.
Ví dụ: Với N = 40, muốn chia vòng tròn ra 2 phần đều nhau thì tay quay phải quay:
Ta có công thức tổng quát :
Trong đó: n – số vòng quay khi phân độ
N – đặc tính của đầu phân độ (thường N = 40)
Z – số phần cần chia đều
Hình 2.7 minh họa Ụ phân độ đơn giản, trong đó đĩa phân độ được thiết kế với nhiều hàng lỗ có số lượng khác nhau Cơ cấu mở góc được sử dụng làm chuẩn đánh dấu, giúp tránh nhầm lẫn trong quá trình phân độ.
Ví dụ: Đầu phân độ có N = 40, cần phay khối 7 cạnh đều Như vậy mỗi lần phân độ chi tiết phải quay 1/7 vòng Tay quay ụ phân độ phải quay:
Để điều chỉnh chốt định vị, hãy đảm bảo chốt nằm vào hàng lỗ có 21 lỗ Mỗi lần phân độ, tay quay sẽ quay 5 vòng và thêm 15 lỗ nữa, tức là cắm chốt vào lỗ thứ 16.
Khi phương pháp phân độ đơn giản không khả thi, cần áp dụng phương pháp phân độ vi sai Phương pháp này bao gồm việc lựa chọn bộ bánh răng thay thế nhằm bù trừ sai số trong quá trình phân độ.
Hình 2.8 – Chạc bánh răng thay thế
Đầu phân độ vi sai được cấu tạo với tay quay, giúp điều khiển bộ truyền trục vít và bánh vít quay Chuyển động này được truyền đến trục chính, nơi diễn ra quá trình gia công với tỷ số giảm tốc phù hợp.
Giữa trục chính và trục phụ được lắp đặt bộ bánh răng thay thế d c b a, giúp trục phụ quay Qua đó, cặp bánh răng côn sẽ làm cho đĩa phân độ quay.
+ Cách tính toán phân độ vi sai: Đầu tiên, ta chọn Z x gần bằng Z (số phần cần chia đều) Z x gọi là cho phần chia giả thiết
Tỷ số truyền động từ trục chính đến trục phụ của đầu phân độ sẽ là: x x x x
Bánh răng a lắp ở trục chính, b và c lắp trên chạc bánh răng, d lắp ở trục phụ của đầu phân độ
- Nếu Z x > Z thì i > 0 tức là đĩa phân độ phải quay cùng chiều với trục chính để bớt phần lẻ đi
Nếu Z x < Z, điều này có nghĩa là i < 0, do đó đĩa phân độ cần quay ngược chiều với trục chính để bù thêm phần lẻ Trong trường hợp này, cần lắp thêm bánh răng trung gian vào xích truyền động để thay đổi chiều quay.
Để phay một bánh răng có 111 răng với đầu phân độ N = 40, cần tính toán bánh răng lắp ngoại cho xích truyền động Việc chọn đĩa phân độ và số vòng quay khi phân độ cũng rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất trong quá trình gia công.
Chọn bánh răng thay thế:
Vì tỷ số truyền 120 > 111, nên không cần sử dụng bánh răng trung gian; đĩa phân độ sẽ quay cùng chiều với trục chính Bánh răng a được lắp ở cuối trục chính, trong khi bánh răng d lắp ở cuối trục phụ Hai bánh răng b và c được lắp chung trên một trục trung gian, gắn trên chạc bánh răng.
- Số vòng quay của tay quay khi phân độ là:
Ta sẽ quay tay quay đi 10 lỗ trên hàng lỗ 30 và cắm chốt vào lỗ thứ 11.
Công dụng của đầu phân độ
2.3.1 Phay chi tiết nhiều mặt:
Khi gia công các chi tiết nhiều mặt như 3 mặt, 4 mặt hay 5 mặt, việc lựa chọn loại dao phay phù hợp là rất quan trọng Tùy thuộc vào kết cấu và số lượng chi tiết, người ta có thể sử dụng dao phay đĩa, dao phay ngón, dao phay trụ, dao phay mặt đầu hoặc tổ hợp dao phay đĩa để đạt hiệu quả tối ưu trong quá trình gia công.
Để phay các mặt hình vuông như mặt của đuôi dao doa hoặc đuôi taro, người ta sử dụng máy phay ngang kết hợp với dao phay ngón và đầu phân độ vạn năng.
- Hình 2.10 là sơ đồ gá chi tiết để phay hình vuông bằng dao phay ngón
- Hình 2.11 là sơ đồ gá chi tiết để phay hình vuông bằng dao phay mặt đầu
Sau khi phay xong một mặt, hãy quay trục chính của đầu phân độ cùng với chi tiết đi một góc 90 o và phay mặt thứ 2,…
Khi góc giữa các bề mặt AB và BC của chi tiết là β, sau khi gia công bề mặt này, cần phải xoay chi tiết một góc α để thực hiện gia công tiếp theo.
= 180 o - β Góc có thể quay bằng phương pháp chia trực tiếp
Bây giờ ta xác định số vòng quay n của tay quay ứng với góc quay của trục chính là
Nếu tay quay thực hiện 40 vòng, thì trục chính sẽ quay một vòng, tương đương với 360 độ Số vòng quay của tay quay có thể được xác định một cách dễ dàng dựa trên tỷ lệ này.
Hình 2.10 – Phay hình vuông bằng dao phay ngón
Phay hình vuông bằng dao phay mặt đầu là phương pháp hiệu quả cho các chi tiết nhiều mặt Sử dụng tổ hợp dao phay không chỉ giúp tăng độ chính xác mà còn nâng cao năng suất khi gia công số lượng lớn chi tiết so với việc sử dụng một dao phay đơn lẻ.
2.3.2 Phay rãnh thẳng và rãnh then hoa trên mặt hình trụ:
Trong trường hợp này, ngoài việc chia độ, một vấn đề khá quan trọng là việc gá dao chính xác so với chi tiết
Hình 2.12 – Sơ đồ gá dao phay để gia công rãnh thẳng
Để thực hiện việc phay hai rãnh trên trục, cần sử dụng máy phay ngang và kẹp chi tiết trên mâm cặp ba chấu của đầu phân độ, với trục chính được đặt ở vị trí thẳng đứng (Hình 2.13).
Hình 2.13 – Phay rãnh ở mặt đầu
Để đảm bảo độ chính xác trong gia công, cần chọn dao phay có chiều rộng nhỏ hơn chiều rộng của rãnh, căn cứ vào vị trí của rãnh so với đường tâm trục Sau khi đã định vị và kẹp chặt chi tiết trên mâm cặp ba chấu, tiến hành gá dao theo tâm của chi tiết bằng thước góc.
Hình 2.14 – Gá dao theo đường tâm trục
2.3.4 Phay bánh răng trụ răng thẳng:
Để gia công bánh răng trên máy phay ngang, cần chuẩn bị các phụ tùng và dụng cụ như: đầu phân độ, ụ động, mâm cặp tốc, tốc kẹp, mũi tâm của đầu phân độ và ụ động, trục gá chi tiết, trục gá dao cùng với các vòng đệm, dao phay đĩa modul, thước đo chiều dài răng, trục kiểm tra, đồng hồ so và dưỡng.
Hình 2.15 – Phay bánh răng trên máy có trục nằm ngang
Trong quá trình gia công bánh răng, đầu phân độ với trục chính nằm ngang được sử dụng để đảm bảo độ chính xác Cấu trúc bao gồm đầu phân độ, chi tiết gia công và dao được lắp đặt theo hình thức cụ thể Trục gá được định vị trên hai mũi tâm của đầu phân độ và ụ động, trong khi trục chính của đầu phân độ kết nối với mâm cặp tốc, giúp truyền động từ trục chính đến chi tiết gia công.
Phay rãnh xoắn là một nguyên công phức tạp sử dụng đầu phân độ, trong đó dao phay thực hiện chuyển động phay nhanh để xác định tốc độ cắt Quá trình gia công này đòi hỏi chi tiết gia công phải thực hiện hai chuyển động đồng thời.
- Chuyển động quay của phôi
- Chuyển động tịnh tiến của bàn máy
Rãnh xoắn trái và rãnh xoắn phải có thể được gia công hiệu quả bằng dao phay ngón trên máy phay đứng, cũng như bằng dao phay đĩa trên máy phay ngang.
Hình 2.16 – Gá chi tiết khi phay rãnh xoắn
Hình 2.17 – Chiều quay của dao và chi tiết gia công khi phay
Khi phay rãnh xoắn, chiều quay của dao và chi tiết gia công được thể hiện trong Hình 2.17a cho rãnh xoắn phải và Hình 2.17b cho rãnh xoắn trái Để đạt hiệu quả cao trong quá trình gia công rãnh xoắn, việc điều chỉnh máy phay và đầu phân độ là rất cần thiết.
- Xác định giá trị của góc và hướng quay của máy
Để xác định số răng của bánh răng thay thế, cần đảm bảo số vòng quay của chi tiết gia công Việc phay rãnh xoắn chỉ chính xác khi mặt phẳng phay của dao phay đĩa trùng với phương của rãnh xoắn Để đạt được điều kiện này, bàn máy phải quay một góc tương ứng với góc nghiêng của rãnh xoắn, được xác định bằng công thức cụ thể.
Trong đó: - góc quay của bàn máy
D - Đường kính chi tiết gia công (mm)
Hình 2.18 – Chiều quay của bàn máy khi phay rãnh xoắn
Góc quay của bàn máy được xác định dựa trên các vạch trên vành chia độ Việc chia chính xác hơn là không cần thiết, vì sai lệch nhỏ của bàn máy không ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng bề ngoài của rãnh xoắn.
Khi gia công rãnh xoắn bằng dao phay ngón, bàn máy cần được đặt ở vị trí bình thường Để đảm bảo chính xác, khi quay bàn máy, cần chú ý đến chiều của rãnh trên chi tiết gia công: đối với rãnh trái, bàn máy phải quay theo chiều kim đồng hồ, trong khi đối với rãnh phải, bàn máy quay ngược chiều kim đồng hồ.
NGHIÊN CỨU CƠ CẤU VI SAI
Cơ cấu vi sai trong xe ô tô
Trong ô tô, bộ vi sai là thành phần quan trọng giúp truyền động lực từ động cơ xuống bánh xe, hoạt động cùng với hệ thống truyền lực cuối hay còn gọi là cầu xe.
Hình 3.1 – Cơ cấu vi sai trong xe ô tô
Bộ vi sai là gì?
Bộ vi sai là thiết bị phân chia mô men xoắn của động cơ, cho phép bánh xe quay với tốc độ khác nhau, rất cần thiết cho các xe hơi và xe tải hiện đại, đặc biệt là xe chủ động bốn bánh Mỗi cầu chủ động đều yêu cầu một bộ vi sai, giúp điều chỉnh sự khác biệt về quãng đường di chuyển giữa bánh trước và bánh sau khi vào cua.
Hình 3.2 – Bộ vi sai trong xe ô tô
Bộ vi sai trên xe có 3 nhiệm vụ chính sau:
- Truyền mô men của động cơ tới các bánh xe
- Đóng vai trò là cơ cấu giảm tốc cuối cùng trước khi mô men xoắn truyền tới các bánh xe
Hình 3.3 – Sơ đồ chuyển động khi xe vào vòng cua
Truyền mô men tới bánh xe cho phép chúng quay với tốc độ khác nhau, đặc biệt khi vào vòng Khi xe vào cua, các bánh xe phía trong di chuyển quãng đường ngắn hơn so với bánh xe phía ngoài, dẫn đến việc bánh xe bên trong quay với tốc độ thấp hơn Đối với các bánh xe bị động, như bánh trước của xe dẫn động bánh sau, chúng hoạt động độc lập mà không có sự liên kết chuyển động Tuy nhiên, hai bánh sau lại có sự kết nối trong quá trình quay.
Một hệ thống 19 liên kết cho phép động cơ và hộp số hoạt động đồng bộ, nhưng nếu thiếu bộ vi sai, hai bánh sau sẽ bị khóa lại và quay cùng tốc độ, gây khó khăn khi xe vào cua Trong trường hợp này, một bánh xe sẽ phải trượt để xe có thể di chuyển, điều này dẫn đến việc lực tác động từ bánh xe này sẽ truyền sang bánh xe kia qua trục, làm tăng lực xoắn lên trục bánh xe và có nguy cơ gây hỏng trục xe.
3.1.1 Bộ vi sai mở - khi chuyển động thẳng:
Bộ vi sai mở cung cấp mô men cố định cho mỗi bánh xe, với hai yếu tố chính là thiết bị và lực kéo Trong điều kiện đường khô ráo và lực bám tốt, mô men cung cấp cho các bánh xe bị giới hạn bởi động cơ và bánh răng Tuy nhiên, khi gặp điều kiện lực bám kém, chẳng hạn như đi trên băng, mô men xoắn sẽ bị giới hạn bởi điểm mà tại đó các bánh xe bắt đầu trượt quay.
Dù động cơ xe có mạnh mẽ đến đâu, nếu bánh xe bị trượt quay, mô men xoắn cũng không thể truyền xuống mặt đất Khi bạn tăng ga mạnh, bánh xe sẽ quay nhanh hơn, nhưng xe vẫn không di chuyển.
Hình 3.4 – Bộ vi sai mở
3.1.2 Bộ vi sai trượt giới hạn kiểu ly hợp cluth – type LSD: Đây có lẽ là dạng chung nhất của loại vi sai trượt giới hạn Loại vi sai này có tất cả các thành phần của một bộ vi sai mở, nhưng có thêm một hộp lò xo và một bộ ly hợp Một vài bộ có một ly hợp hình nón giống như đồng bộ ở các hộp số cơ khí
Bộ vi sai trượt giới hạn kiểu ly hợp (clutch-type LSD) hoạt động bằng cách sử dụng hộp lò xo để đẩy các bánh răng tách ra khỏi các tấm ly hợp gắn với vỏ vi sai Khi hai bánh xe quay cùng tốc độ, toàn bộ bánh răng quay với vỏ mà không cần ly hợp Tuy nhiên, khi một bánh xe cần quay nhanh hơn bánh kia, chẳng hạn khi vào cua, ly hợp sẽ bắt đầu hoạt động để ngăn chặn hiện tượng này Để một bánh xe quay nhanh hơn, bộ ly hợp phải trượt, và độ cứng của lò xo cùng lực ma sát của ly hợp sẽ quyết định mô men cần thiết để gây ra sự trượt này.
3.1.3 Khớp nối dính (Viscous Coupling):
Khớp nối dính là một thành phần quan trọng trên các xe có hệ dẫn động bốn bánh, giúp kết nối bánh sau với bánh trước Khi một cặp bánh xe bị trượt, mô men xoắn sẽ được chuyển giao đến cặp bánh còn lại, đảm bảo khả năng bám đường và ổn định cho xe.
Hình 3.7 - Cấu tạo bên trong khớp nối dính
Khớp nối dính bao gồm hai bộ đĩa ma sát nằm trong không gian kín chứa chất lỏng có độ nhớt cao, thường là dầu thủy lực đặc biệt Mỗi bộ đĩa ma sát gắn với một đầu trục và dưới điều kiện bình thường, cả hai bộ đĩa cùng lượng dầu thủy lực sẽ quay với tốc độ nhất định Khi một cặp bánh xe cố gắng quay nhanh hơn, bộ đĩa ma sát tương ứng sẽ quay nhanh hơn theo, làm cho dầu thủy lực giữa hai bộ đĩa có tác dụng cuốn bộ đĩa kia cùng quay Kết quả là mô men xoắn được truyền từ bánh xe quay nhanh hơn sang bánh xe quay chậm hơn, giúp bánh xe giảm trượt.
Khi xe vào cua, sự khác biệt về tốc độ giữa các bánh xe không đáng kể, nhưng khi một bánh xe bị trượt, tốc độ giữa hai bộ đĩa ma sát sẽ chênh lệch lớn hơn Nếu một bộ đĩa quay nhanh hơn, lượng mô men xoắn chuyển đổi sẽ tăng lên tương ứng với mức độ trượt của bánh xe Tuy nhiên, loại khớp nối này không có tác dụng trong quá trình vào cua, và nhược điểm lớn nhất là không có mô men nào được chuyển đổi trước khi hiện tượng trượt xảy ra.
3.1.4 Vi sai khóa locking và vi sai cảm biến mô men Torsen:
Bộ vi sai khóa là một thiết bị quan trọng giúp xe vận hành ổn định trên đường xấu Nó có cấu trúc tương tự như vi sai mở, nhưng được trang bị thêm cơ cấu thủy lực, khí nén hoặc điện để kết nối các bánh răng đầu ra Việc điều khiển bộ vi sai này chủ yếu thông qua công tắc, cho phép các bánh xe quay với tốc độ đồng nhất khi hoạt động.
Vi sai Torsen là một thiết bị cơ khí hoàn toàn, hoạt động mà không cần sự can thiệp của điện tử, không sử dụng ly hợp và hoàn toàn không có yếu tố thủy lực.
Vi sai Torsen, tên gọi kết hợp giữa “torquen” và “sensing”, hoạt động như một bộ vi sai mở khi mô men của các bánh xe được cân bằng Khi một bánh xe mất lực bám, sự chênh lệch mô men sẽ kích hoạt các bánh răng trong vi sai Torsen kết nối với nhau Thiết kế của các bánh răng quyết định tỷ số chênh lệch mô men; ví dụ, vi sai Torsen với tỷ số chênh lệch 5:1 có khả năng cung cấp mô men xoắn cho bánh xe có lực bám tốt nhất gấp 5 lần so với bánh xe bị trượt.
Hình 3.8 – Bộ vi sai Torsen
Các thiết bị truyền động này thường được sử dụng trong xe hơi có hệ dẫn động bốn bánh hiệu suất cao, giúp chuyển đổi công suất giữa bánh trước và bánh sau Bộ vi sai Torsen được đánh giá cao hơn bộ vi sai khớp nối dính, vì chúng có khả năng truyền mô men ngay khi có hiện tượng trượt Tuy nhiên, trong trường hợp một cặp bánh xe hoàn toàn mất sức bám, vi sai Torsen không thể cung cấp mô men cho cặp bánh xe kia, do tỉ số chênh lệch quyết định lượng mô men xoắn được chuyển đổi.
3.1.5 Kết cấu của bộ vi sai:
Cơ cấu vi sai trong ngành cơ khí
Cơ cấu vi sai đóng vai trò quan trọng trong ngành cơ khí, đặc biệt là trong các máy công cụ sử dụng xích truyền động vi sai Vi sai không chỉ mở rộng khả năng công nghệ của các loại máy này mà còn đặc biệt hữu ích trong việc nâng cao hiệu suất của máy phay lăn răng.
Cơ cấu vi sai tổng hợp các chuyển động đa hướng, giúp hình thành biên dạng răng xoắn Việc kết hợp hai chuyển động khác nhau không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn bảo vệ các trục khỏi hư hại do xoắn.
3.2.1 Cơ cấu vi sai trong cơ cấu chạy dao nhanh: Để giảm thời gian phụ như đưa bàn máy, bàn dao trở về vị trí ban đầu mỗi chu kỳ làm việc, ta đưa vào xích chạy dao cơ cấu chạy dao nhanh để tăng vận tốc hành trình chạy dao không của bàn máy Cơ cấu chạy dao nhanh được dùng phổ biến trong nhiều loại máy công cụ, đặc biệt ở máy tự động, máy revolver…Vận tốc chạy dao nhanh có thể từ 2 ÷ 12 m/ph, trị số thường dùng là 4 ÷ 8 m/ph Hành trình chạy dao nhanh có thể được thực hiện bằng 3 cách:
- ùng động cơ riêng để thực hiện chạy dao nhanh, như ở máy tiện T620 Trường hợp này cho kết cấu đơn giản và thường phải dùng li hợp một chiều
Sử dụng một động cơ duy nhất cho cả chức năng chạy dao nhanh và lượng chạy dao trên hai xích truyền động khác nhau, trong đó xích chạy dao nhanh sẽ tắt khi hoạt động (máy phay P82).
- Cả lượng chạy dao nhanh và lượng chạy dao làm việc đều nhận truyền động từ trục chính trên hai xích truyền khác nhau, như máy tiện Revolver 1M36
Trong hệ thống truyền động, đầu và cuối của xích chạy dao nhanh và chạy dao làm việc có thể hoạt động đồng thời, thường sử dụng bộ vi sai để đảm bảo hiệu suất cao.
Ta xét cơ cấu chạy dao nhanh và chạy dao làm việc dùng hai động cơ sau đây (Hình 3.12)
Cơ cấu chạy dao nhanh sử dụng bộ vi sai được minh họa trong Hình 3.12 Để thực hiện lượng chạy dao làm việc, cần đóng động cơ I, với tỷ số truyền từ động cơ đến trục A được xác định.
Tỷ số truyền trong hộp vi sai trong trường hợp này là 1/1, vì động cơ chạy dao nhanh
II không làm việc, bánh vít tự hãm z 12 lắp trên trục của bánh răng hành tinh đứng yên, nên trục của bánh răng hành tinh cũng đứng yên
Nếu muốn chạy dao nhanh, ta đóng động cơ II và ta có tỷ số truyền:
Trong trường hợp này, bánh răng z5 của hộp vi sai không chuyển động, trong khi các bánh răng hành tinh lăn trên nó, dẫn đến tỷ số truyền của hộp vi sai là 2/1.
Các bánh răng thay thế a, b, c, d cần được lựa chọn phù hợp với lượng chạy dao cần thiết Trong một số loại máy, hệ thống bánh răng thay thế có thể được thay thế bằng hộp chạy dao hoặc kết hợp giữa bánh răng thay thế và hộp chạy dao để tối ưu hóa hiệu suất.
3.2.2 Cơ cấu vi sai trong máy phay lăn răng 5M324A: Đặc điểm máy phay lăn răng:
Máy 5M324A là thiết bị phay lăn răng chuyên dùng để gia công bánh răng trụ răng thẳng, răng xoắn và bánh vít, phù hợp cho sản xuất hàng loạt vừa với độ chính xác thông thường Máy có khả năng gia công bánh răng đạt độ chính xác cấp 7 đến 8, đồng thời sở hữu độ vạn năng và độ cứng vững cao Điều này giúp máy đảm bảo chu kỳ làm việc tự động với các phương pháp chạy dao hướng kính, phay thuận và thay nghịch.
Gia công bánh răng trên máy phay lăn răng mang lại nhiều ưu điểm, đặc biệt là tính vạn năng cao Với cùng một môđun, một dao phay lăn răng có khả năng gia công các bánh răng với số răng khác nhau, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm thời gian.
Gia công bánh răng trên máy phay lăn răng mang lại độ chính xác biên dạng cao hơn so với phương pháp chép hình sử dụng trên các máy phay vạn năng.
Một trong những nhược điểm chính của phương pháp này là chi phí sản xuất dao phay lăn răng cao hơn, do thiết kế phức tạp và quy trình chế tạo khó khăn hơn.
Hình dáng chung của máy 5M324A được trình bày như hình 3.13
Trên thân máy, bàn trượt được lắp đặt để mang bàn máy, cho phép bàn máy di chuyển theo chiều kính trên sống trượt Bàn máy cũng có khả năng quay quanh trục thẳng đứng Bên trái thân máy có trụ trước cố định, trên đó đặt bàn dao với đầu dao, cho phép điều chỉnh góc nghiêng nhờ thiết kế hình tròn của bàn dao Bên phải thân máy là trụ sau, trên sống trượt đứng có giá đỡ để lắp đặt phần trên của trụ gá chi tiết gia công.
Hình 3.13 – Máy phay lăn răng 5M324A
Sơ đồ động của máy phay lăn răng 5M324A:
Hình 3.14 – Sơ đồ động máy phay lăn răng 5M324A
Xích chuyển động vi sai:
Khi gia công bánh răng trụ răng xoắn, việc sử dụng chuyển động vi sai là cần thiết để cung cấp chuyển động phụ cho phôi Xích vi sai đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo mối quan hệ chính xác giữa phôi và dao, dựa trên các yếu tố như kT, z, d, c, b, i, và y a 25.
để thực hiện lượng di động phụ thêm
Xích bắt đầu từ bàn máy mang phôi và đi qua các bộ phận như bánh vít – trục vít 96/1, cặp bánh răng trụ 35/35, trục VII, và cặp bánh răng trụ 33/33 Tiếp theo là trục vít – bánh vít 2/26 cùng với các cặp bánh răng (48/48) Hệ thống tiếp tục với trục X, L3, cặp bánh răng (50/45) và (45/45), cũng như cặp bánh răng côn 33/22 Bên cạnh đó, bộ bánh răng thay thế (a1/b1)/(c1/d1) và cặp bánh răng côn 27/27 cũng được sử dụng Cuối cùng, trục vít – bánh vít 1/45 và bộ vi sai với tỷ số truyền i vs dẫn đến trục VI và các cặp bánh răng côn (27/27), (29/29), (29/29), trước khi kết thúc với các cặp bánh răng trụ 20/80 quay trục chính mang dao lăn.
Phương trình truyền động vi sai là:
Với A1, B1 là bánh răng thay thế z – số răng cần gia công k – số đầu mối của dao
Khi dùng xích vi sai, vỏ hộp cơ cấu hợp thành quay nên i vs = 2 Xích chạy dao đứng có A1/B1 = 39/80
Phương trình xích truyền động là:
Thay vào phương trình truyền động vi sai ta có công thức điều chỉnh chạc vi sai: kT z d c b i y a 25
TOÁN PHÂN ĐỘ ĐẦU PHÂN ĐỘ KHÔNG CÓ ĐĨA CHIA.35 4.1 Giới thiệu về đầu phân độ không có đĩa chia
Phân độ trực tiếp
Đầu chia độ không có đĩa chia cho phép thực hiện phân độ trực tiếp Phân độ này sử dụng đĩa rãnh 14, được lắp trực tiếp vào trục chính, và chuyển động xoay của trục chính được kiểm soát nhờ chốt gài 13 cố định trên đầu phân độ.
Hình 4.2 – Bản vẽ lắp đầu phân độ không có đĩa chia (1)
Hình 4.3 – Bản vẽ lắp đầu phân độ không có đĩa chia (2)
Khi thực hiện phân độ, đầu tiên nới lỏng vít 22 và xoay tay nắm 37 để ống lệch tâm 24 quay một góc, giúp trục vít 21 nhả khớp với bánh vít 16, ngắt đường truyền từ tay quay đến trục chính Tiếp theo, kéo chốt gài ra khỏi đĩa và quay trực tiếp trục chính để phân độ, xác định số lỗ cần quay trên đĩa phân độ 14 được cố định vào trục chính Sau khi hoàn tất phân độ, trục chính sẽ được định vị và cố định đúng vị trí theo yêu cầu kỹ thuật Các đĩa chia thường có 24 lỗ, bên cạnh đó còn có các loại 16 và 32 lỗ.
Phân độ đơn giản
Xích truyền động được kết nối từ tay quay qua bộ truyền bánh răng thay thế (a, b, c, d) và cơ cấu vi sai bánh răng côn, với các tỷ số truyền cố định Bộ truyền trục vít – bánh vít dẫn đến trục chính, trong đó bánh răng Z1 của cơ cấu vi sai được cố định Do đó, tỷ số truyền của cơ cấu vi sai i vs = 2, theo công thức Willis.
Hình 4.4 – Sơ đồ động đầu phân độ không có đĩa chia, chia đơn giản
Muốn chia vòng tròn thành Z phần, thì mỗi phần phân độ trên trục chính cần quay
1 vòng, cần phải dùng bộ bánh răng thay thế d c b i tt a để điều chỉnh Cho nên phương trình cân bằng khi phân độ đơn giản là:
Với a, b, c, d là số răng của bánh răng thay thế, tỷ số truyền của cơ cấu vi sai được ký hiệu là i vs Số vòng quay chẵn của tay quay được biểu thị bằng n tq, trong khi tq vs và tq tt Zn là các thông số quan trọng khác trong hệ thống.
N: đặc tính của đầu phân độ
K và Z o : số đầu mối trục vít và số răng của bánh vít
Ví dụ 1: Tính toán đầu phân độ không có đĩa chia để phân chi tiết thành Z = 72 phần (đặc tính của đầu phân độ N = 40)
tq vs tq tt Zn
Sử dụng bộ bánh răng thay thế bộ 5, ta có:
Vậy để phân độ chi tiết ra làm 72 phần bằng nhau ta sử dụng cặp bánh răng thay thế bộ 5:
d c b i tt a và mỗi lần phân độ thì phải quay tay quay 1 vòng
Cách thức thực hiện như sau:
Hình 4.5 – Bản vẽ hình cắt
Sau khi hoàn tất việc tính toán bộ bánh răng thay thế a, b, c, d, chúng ta tiến hành lắp đặt các bánh răng vào chạc bánh răng và các trục Khi lắp xong, rút núm xoay 5 và chốt 10 ra khỏi trục gài 11, sau đó xoay để vít 3 lọt vào rãnh ngang Tiếp theo, quay tay quay 1 vòng và xoay núm xoay để chốt gài lọt vào lỗ trên trục gài, giúp các bánh răng thay thế quay và truyền chuyển động cho các bánh răng côn trong bộ vi sai, trong khi bánh răng Z1 không chuyển động Qua các tỷ số truyền cố định, chuyển động sẽ được truyền từ trục vít tới trục chính, khiến chi tiết được gá trên đầu phân độ quay 1/72 vòng, và tiếp tục như vậy cho đến khi đủ 72 phần.
Ví dụ 2: Tính toán cặp bánh răng thay thế của đầu phân độ không có đĩa chia với N 40 để phân chi tiết thành Z = 49
tq vs tq tt Zn
Ta thấy không thể chọn được cặp bánh răng thay thế với
Để phân chi tiết thành Z49, phương pháp phân độ đơn giản không đủ hiệu quả; thay vào đó, cần áp dụng phương pháp phân độ vi sai để đạt được kết quả chính xác.
Phân độ vi sai
Khi phương pháp phân độ đơn giản không khả thi, chúng ta cần áp dụng phương pháp phân độ vi sai, yêu cầu sử dụng thêm chạc điều chỉnh vi sai để đạt được độ chính xác cao hơn.
Bộ bánh răng thay thế được lắp giữa trục chính và cơ cấu vi sai, tương tự như việc lắp bánh răng thay thế ở tay quay Để đảm bảo việc lắp đặt bánh răng, cần thỏa mãn các điều kiện: a1 + b1 ≥ c1 + (15 ÷ 20) răng và c1 + d1 ≥ b1 + (15 ÷ 20) răng Các bộ bánh răng thay thế thường được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật.
- Bộ 5: là bộ bánh răng có số răng là bội số của 5, tức là: Z = 20, 25, 30, 35, , 115,
- Bộ 4:là bộ bánh răng có số răng là bội số của 4, tức là: Z = 20, 24, 28, 32,…, 76,
Hình 4.6 – Sơ đồ động đầu phân độ không có đĩa chia, chia vi sai
Khi tiến hành phân độ vi sai, cần chọn trị số Z x gần với Z để thực hiện phân độ đơn giản với chạc phân độ d c b i tt a Công thức áp dụng là tq x tt Z n.
Như thế mỗi lần phân độ, trục chính sẽ quay đi
1 vòng, nhưng ta lại yêu cầu trục chính phải quay
1 vòng nên dẫn đến sai số
vòng của trục chính Sai số này được bù lại nhờ chạc bánh răng thay thế
Xích vi sai được tạo ra từ trục chính thông qua chạc điều chỉnh vi sai, kết hợp với cơ cấu vi sai và các bánh răng Z1, Z2, Z3 có tỷ số truyền cố định Phương trình truyền động được sử dụng để bù trừ cho sai số Δ là x o Z Z.
Khi Z x < Z và itt’ < 0, bánh răng Z1 sẽ quay ngược chiều với tay quay Do đó, cần lắp thêm bánh răng trung gian để thay đổi chiều quay của bánh răng Z1.
Nếu Z x > Z i tt ’ > 0 thì bánh răng Z1 sẽ quay cùng chiều với tay quay
Hình 4.7 – Bản vẽ lắp đầu phân độ (3)
Hình 4.8 – Bản vẽ chạc bánh răng thay thế khi chia vi sai
Ví dụ: Tính toán cặp bánh răng thay thế của đầu phân độ không có đĩa chia với N 40 để phân chi tiết thành Z = 49
Tính toán bánh răng thay thế a, b, c, d:
Sử dụng bộ bánh răng thay thế bộ 5, ta có:
Xét điều kiện lắp bánh răng: a 1 + b 1 ≥ c 1 + (15 ÷ 20) răng
- Bước 2: Tính toán bánh răng thay thế a1, b1, c1, d1 bù trừ sai số khi phân độ Z x
Sử dụng bánh răng thay thế bộ 5, ta có:
Xét điều kiện để đảm bảo ăn khớp của bánh răng: a 1 + b 1 ≥ c 1 + (15 ÷ 20) răng
Vậy để phân chi tiết thành Z = 49 ta sử dụng cặp bánh răng thay thế ở tay quay:
d c b i tt a và một bộ bánh răng thay thế ở chạc bánh răng vi sai
d c b i tt a và mỗi lần phân độ thì ta quay tay quay 1 vòng.
Phân độ phay rãnh xoắn
Để cắt rãnh xoắn trên máy phay vạn năng, cần lưu ý rằng đầu phân độ không có đĩa chia Bàn máy mang phôi phải được quay lệch một góc β tương ứng với góc nghiêng của rãnh xoắn để thực hiện quá trình cắt chính xác.
- Khi phay rãnh xoắn phải thì bàn máy mang phôi phải quay lệch theo chiều ngược kim đồng hồ (Hình 4.9a)
- Khi phay rãnh xoắn trái thì bàn máy mang phôi phải quay lệch theo chiều kim đồng hồ (Hình 4.9b)
Hình 4.9 minh họa sơ đồ phay rãnh xoắn, bao gồm phay rãnh xoắn phải và phay rãnh xoắn trái Quá trình cắt rãnh xoắn là một chuyển động tạo hình phức tạp, bao gồm ba chuyển động kết hợp với nhau.
- Chuyển động vòng V của dao phay lắp trên trục chính của máy
Chuyển động vòng V’ của chi tiết diễn ra xung quanh trục của nó, với trục chính của đầu phân độ nhận chuyển động từ trục vít me của bàn dao.
Chuyển động tịnh tiến s theo hướng trục của chi tiết là chuyển động chạy dao của bàn máy Để thực hiện chuyển động tạo hình, giữa đầu phân độ, bàn máy và chi tiết gia công có mối quan hệ chặt chẽ, như thể hiện trong hình 4.10.
Hình 4.10 – Sơ đồ động đầu phân độ không có đĩa chia, chia rãnh xoắn
Sơ đồ động đầu phân độ không có đĩa chia được sử dụng để phay rãnh xoắn, trong đó chuyển động vòng của trục chính bắt đầu từ trục vít me của bàn máy với bước ren t x thông qua chạc bánh răng thay thế.
' d c b i tt a đến các tỉ số truyền cố định của đầu phân độ
Hình 4.11 – Chạc bánh răng thay thế khi phay rãnh xoắn
Bước xoắn cần cắt t p được biểu thị bằng mm chính là lượng di động s của bàn máy khi chi tiết gia công quay 1 vòng (t p = s)
Phương trình truyền động khi phay rãnh xoắn: x p o t t a b c i d Z
Trong nhiều trường hợp không cho trước bước xoắn t p mà cho trước góc nâng hoặc góc nghiêng β của đường xoắn và đường kính D của chi tiết gia công
Hình 4.12 – Sơ đồ hình thành xoắn ốc
Từ hình vẽ trên ta có:
Ví dụ: Tính toán đầu phân độ không có đĩa chia để gia công bánh răng xoắn có 30 o , Z = 50, D = 56, t x = 6, N = 40
Tính toán bộ bánh răng thay thế:
Thỏa điều kiện lắp được: a 1 + b 1 ≥ c 1 + (15 ÷ 20) răng c 1 + d 1 ≥ b 1 + (15 ÷ 20) răng
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐẦU PHÂN ĐỘ
Tính toán động lực học
Để tính toán phần động lực học của đầu phân độ, xét các trường hợp của đầu phân độ:
- Phân độ phay rãnh xoắn
Khi phân độ phay rãnh xoắn, đầu phân độ chịu lực cắt lớn nhất, do đó cần tính toán động lực học của nó trong trường hợp này Trong quá trình phay, đầu phân độ không chỉ chịu lực dọc trục mà còn bị tác động bởi mômen xoắn từ lực cắt Pz Khác với các trường hợp phân độ khác, nơi đầu phân độ chủ yếu chịu lực dọc trục, trong trường hợp này, cần xem xét khả năng chịu tải lớn nhất để đảm bảo độ bền của đầu phân độ.
Bánh răng xoắn gia công có đường kính lớn nhất D = 200 mm, môdun m = 6, góc xoắn o ÷ 45 o
Máy phay để gia công: máy phay ngang 6H12
Sơ đồ tác dụng khi phay rãnh xoắn :
Hình 5.1 – Sơ đồ tác dụng lực khi phay rãnh xoắn
P z : lực vòng phát sinh khi phay rãnh xoắn tác dụng lên dao và chi tiết
Lực vòng P z được phân làm hai thành phần :
- Thành phần lực dọc trục P o :
P o = P z cosβ Lực dọc trục P o thông qua chi tiết tác dụng lên ổ đỡ trục chính đầu phân độ
- Thành phần lực vòng quanh đường tâm chi tiết P x :
Thành phần lực vòng này tạo ra mô men xoắn M x tác dụng lên các chi tiết của đầu phân độ
Vì vậy cần xác định giá trị của các lực này:
Tính lực P z và mô men M x :
Chọn dao phay đĩa modul có D dao = 110 mm, Z = 10, B = 20 mm (Bảng 4 – 105, trang 381 [7])
Chọn chiều sâu cắt t = 6,5 mm
Theo bảng 5 – 34, trang 29 [8]: S z = 0,08 mm/răng
C v = 75,7 q = 0,25 x = 0,3 y = 0,2 u = 0,1 p = 0,1 m = 0,2 Theo bảng 3 – 40, trang 34 [8]: T = 120 phút k v = k nv k mv k uv Với n v b n mv k k
- Tính lượng chạy dao phút và lượng chạy dao răng thực tế:
Theo máy chọn S m = 235 (mm/ph)
- Tính lực cắt P z theo công thức: q p y u z x p z k n D
- Thành phần lực dọc trục P o :
- Thành phần lực vòng quanh đường tâm chi tiết:
- Mô men xoắn trên trục IV:
Tính công suất và mô men trên các trục:
Sơ đồ động đầu phân độ có hai đĩa chia khi phay rãnh xoắn được biểu diễn ở sơ đồ sau:
Hình 5.2 – Sơ đồ động khi phay rãnh xoắn
Để gia công rãnh xoắn, số vòng quay n của trục IV (trục chính đầu phân độ) cần quay một vòng khi bàn máy mang phôi tịnh tiến một đoạn t p Lượng chạy dao của bàn máy là S phút (mm/ph) Do đó, để đảm bảo quá trình gia công diễn ra hiệu quả, cần tính toán chính xác số vòng quay của trục chính đầu phân độ.
Số vòng quay trục chính đầu phân độ: p p h v t n S (vg/ph)
Số vòng quay của trục khác: n III = n IV i = 0,9 40 = 36 (v/p) n II = n III i = 36 1 = 36 (v/p) = n I
Bảng 5.1 – Bảng thông số tính toán của trục
Trục thông số I II III IV V VI
Tính công suất trên các trục:
Tính mô men trên các trục:
Thiết kế bộ truyền bánh răng nón – răng thẳng
Với các số liệu sau : N = 0,69 kW, n = 36 v/ph, i = 1
Chọn vật liệu chế tạo bánh răng nhỏ : Thép 40XH thường hóa, bánh răng lớn thép đúc 40XH tôi cải thiện (Bảng 3.8, trang 41 [3])
Cơ tính của thép 40XH thường hoá (Bảng 3.8, trang 41 [3])
Cơ tính của thép 40XH tôi cải thiện (Bảng 3.8, trang 41 [3])
Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép :
- Ứng suất tiếp xúc cho phép :
Số chù kỳ làm việc của bánh nhỏ:
Với: n : số vòng quay trong một phút (v/ph) u : số lần ăn khớp của 1 răng khi bánh răng quay 1 vòng
T : Tổng số giờ làm việc
N 2 = 600 36 24000 = 51,8 10 7 > N 0 7 (Bảng 3.9, trang 43 [3]) Đương nhiên số chu kỳ làm việc của bánh lớn:
N 1 = i N 2 > N 0 = 10 7 o đó đối với cả hai bánh k’ N = 1
- Ứng suất tiếp xúc cho phép ( Bảng 3.9, trang 43 [3]):
Bánh lớn : [ ] tx1 = 2,6 HB = 2,6 260 = 676 (N/mm 2 )
Bánh nhỏ : [ ]tx2 = 2,6 HB = 2,6 220 = 572 (N/mm 2 )
Lấy trị số ứng suất [ ] tx1 = 676 (N/mm 2 ) để tính toán
- Ứng suất uốn cho thép:
Số chu kỳ làm việc của bánh lớn và bánh nhỏ đều lớn hơn N c = 5.10 6 cho nên k” N 1
Tính ứng suất uốn cho phép theo công thức (3 – 6) [3]:
Lấy hệ số an toàn cho cả hai bánh răng (thép đúc) n = 1,5; hệ số tập trung ứng suất
Giới hạn mỏi của thép 40XH thường hóa :
-1 = 0,43 bk = 0,45 850 = 383 (N/mm 2 ) Giới hạn mỏi của thép 40XH tôi cải thiện :
- Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn:
- Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:
Sơ bộ lấy hệ số tải trọng k = 1,4
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng:
- Tính chiều dài nón (công thức 3 – 11, bảng 3-10):
- Tính vận tốc vòng và chọn cấp chính xác chế tạo bánh răng :
Vận tốc vòng (công thức 3 – 18 trang 46 [3]) v 2 1 1000 60
Với vận tốc này, có thể lựa chọn cấp chính xác 9 Cần định chính xác hệ số tải trọng k và chiều dài nón, vì các bánh răng có độ rắn HB nhỏ hơn.
350 và làm việc với tải trọng không đổi nên k tt = 1
Theo bảng 3 – 13, trang 48 [3] tìm được hệ số tải trọng k đ = 1 khác với dự đoán
- Tính lại chiều dài nón (công thức 3 – 21, trang 49 [3]):
- Xác định môđun và số răng (công thức 3 – 23, trang 49 [3])
- Tính chính xác lại chiều dài nón ( công thức 3 – 5, trang 37 [3])
- Chiều dài răng : b = 0,3 97,2 = 29,16 Lấy b = 29 mm
- Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng :
Góc mặt nón lăn bánh nhỏ tính theo công thức : tg i 2
Số răng tương đương của bánh nhỏ :
Góc mặt nón lăn bánh lớn: tg2 = i = 1 => 1 = 45 0
Số răng tương đương của bánh lớn (công thức 3 – 38, trang 52 [3]):
Theo bảng (3 – 18, trang 52 [3]) và số răng tương đương tìm được hệ số dạng răng : Bánh nhỏ : y 1 = 0,511
+ Ứng suất tại chân răng bánh lớn (công thức 3 – 35 trang 51 [3]):
+ Ứng suất tại chân răng bánh nhỏ ( công thức 3 – 40, trang 52 [3] )
Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền :
- Mođun mặt mút lớn : m s = 2,5mm
- Góc mặt nón chia : Cũng là góc mặt nón lăn : 1 = 2 = 45 0
- Đường kính vòng chia (vòng lăn) : d 1 = m s Z 1 = 2,5 55 = 137,5 mm d 2 = m s Z 2 = 2,5 55 = 137,5 mm
- Tính lực tác dụng ( công thức 3 – 51, trang 54 [3] ) :
Lực hướng tâm : P r2 = P 2 tg cos 1 = 3125 0,364 0,707 = 804 (N)
Lực dọc trục : P a2 = P 2 tg sin 1 = 3125 0,364 0,707 = 804 (N)
Thiết kế bộ truyền trục vít – bánh vít
Thiết kế bộ truyền trục vít theo các số liệu sau :
- Công suất trên trục vít : N = 0,74 (kW)
- Số vòng trong một phút của trục vít: n 1 = 36 (v/ph)
- Số vòng quay của bánh vít: n 2 = 0,6 (v/p )
Giả thuyết chọn vận tốc trượt: v < 2 (m/s )
Chọn vật liệu là đồng thanh thiết đúc trong khuôn kim loại, vật liệu trục vít là thép 45 tôi bề mặt có độ cứng HRC = (45 – 50)
- Định ứng suất cho phép của răng bánh vít theo Bảng 4-4 trang 71 [3]
[] tx = 0,9.550 = 495 (N/mm 2 ) , [] ou = 88 N/mm 2 Tính tỷ số truyền i và chọn số răng trục vít số răng bánh vít : i = 0,6 2
Chọn số răng ( số đầu mối) trục vít Z 1 = 1
Tính lại tỷ số truyền: i 1
Sơ bộ chọn trị số hiệu suất và hệ số tải trọng k:
Với Z 1 = 1 chọn sơ bộ hiệu suất = 0,7
- Công suất trên bánh vít:
N 2 = N 1 = 0,7 0,74 = 0,5 (kW ) Định sơ bộ k = 1,1 (giả thuyết v 2 < 3 m/s )
(Theo bảng 4 – 6, trang 73 [3]) Lấy m = 8 và q = 12
Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng:
- Vận tốc trượt (công thức 4 – 11 [3])
Phù hợp với dự đoán khi chọn vật liệu bánh vít Để tính hiệu suất theo bảng 4-8, trang 74 [3], lấy hệ số ma sát f = 0,065, do đo =
Với Z 1 = 1 và q = 12 theo bảng 4 – 7, trang 74 [3] tìm được góc vít = 7 0 07’30’’
- Hiệu suất theo công thức (4 - 12 trang 74 [3]):
Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền (bảng 4 – 3, trang 69 [3]):
- Số mối ren của trục vít : Z 1 = 1
Vì không lấy khoảng cách trục A theo tiêu chuẩn nên không dùng hệ số dịch chỉnh (
- Đường kính vòng chia (vòng lăn) của trục vít : d c1 = d 1 = m q = 3.12 = 36 mm
- Đường kính vòng đỉnh của trục vít (lấy f o = 1):
- Đường kính vòng chân ren của trục vít (lấy c o = 0,2):
- Chiều dài phần ren của trục vít ( bảng 4 – 2, trang 69 [3]):
Vì trục vít được mài cho nên tăng thêm chiều dài L Lấy :
L = 40 + 40 = 80 mm Để tránh mất cân bằng cho trục vít, chọn chiều dài L bằng một số nguyên lần bước lần bước dọc t của trục vít
Cho nên lấy X = 8,5 và định chính xác chiều dài L = 8,5 3,14 3 = 80 mm
- Đường kính vòng chia ( vòng lăn ) của bánh vít: d c2 = d 2 = Z 2 m = 40 3 = 120 mm
- Đường kính vòng đỉnh (trong mắt cắt) chính của bánh vít:
- Đường kính vòng ngoài cùng của bánh vít ( công thức 4 –1, trang 68 [3]):
- Chiều rộng bánh vít (công thức 4 –2):
Lực vòng P 1 trên trục vít bằng lực dọc trục P a2 trên bánh vít ( công thức 4-23, trang
Lực vòng P 2 trên bánh vít bằng lực dọc trục P a1 trên trục vít (công thức 4-24, trang 77 [3])
Lực hướng tâm P r1 trên trục vít bằng lực hướng tâm P r2 trên bánh vít (công thức 4-25, sách II )
Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ - răng thẳng
Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng theo các số liệu sau :
- Số vòng quay trong một phút của trục dẫn : n 3 = 36 (v/ph)
Chọn vật liệu làm bánh răng thép 40XH tôi cải thiện (Bảng 3-7, trang 39 [3]), cơ tính thép (Bảng 3 – 8, trang 41 [3])
Thép 40XH tôi cải thiện :
HB = 260 Giả thuyết đường kính phôi dưới 150 mm Định ứng suất tiếp xúc và ứng suất uốn cho phép :
- Ứng suất tiếp xúc cho phép:
Số chu kỳ tương đương của bánh dẫn:
Số chu kỳ làm việc tương đương của bánh bị dẫn được tính theo công thức N td1 = N td2 i, và giá trị này lớn hơn số chu kỳ cơ sở N o Do đó, hệ số chu kỳ ứng suất của cả hai bánh đều bằng 1.
59 Ứng suất tiếp xúc cho phép:
[] tx = [] N0tx k’ N Theo bảng 3-9, trang 43 [3]:
- Ứng suất uốn cho phép:
Số chu kỳ tương đương của hai bánh tương tự như khi tính cho ứng suất tiếp xúc N td
Coi như làm việc chịu tải trọng không đổi o đó k” N = 1
Giới hạn mỏi uốn trong chu kỳ mạch động và trong chu kỳ đối xứng của thép 40XH:
Hệ số an toàn n = 1,5, hệ số tập trung ứng suất ở chân răng k = 1,8
Vì răng làm việc 2 mặt (răng chịu ứng suất thay đổi 2 chiều):
Sơ bộ chọn hệ số tải trọng K: K = 1,3
Chọn hệ số chiều rộng bánh răng :
Lấy A = 130 để tính sơ bộ (v, b, k )
Tính vận tốc vòng của bánh răng và chọn cấp chính xác để chế tạo bánh răng:
- Vận tốc vòng (công thức 3 – 17, trang 46 [3]): v = m s i n
Theo bảng 3-11, trang 46, cấp chính xác được chọn là 9 Định nghĩa hệ số tải trọng k cho thấy, với tải trọng không thay đổi và độ cứng bánh răng nhỏ hơn 350 HB, hệ số K tt được xác định là 1.
- Với cấp chính xác 9, v < 3 m/s Theo bảng 3 – 13, trang 48 [3], tìm hệ số tải trọng động Kđ = 1,1
Hệ số tải trọng K = K tt Kđ = 1 1,1= 1,1
- Sai số khác xa với chọn K sơ bộ (k = 1,3) nên cần tính lại khoảnh cách trục:
Như vậy có thể lấy chính xác trục A = 120mm
Xác định môđun, số răng, chiều rộng bánh răng:
- Số răng của bánh dẫn:
- Số răng bánh bị dẫn Z 2 là :
- Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng :
Tính số răng tương đương (công thức 3 – 37, trang 52 [3])
Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng (công thức 3 – 14, trang 45 [3]):
u < [] u = 158 N/mm 2 Các thông số động học của bộ truyền:
- Đường kính vòng chia (vòng lăn): d 1 = d 2 = mn.Z 2.60= 120 mm
- Chiều rộng bánh răng: b = 36 mm
- Đường kính vòng đỉnh răng:
- Đường kính vòng chân răng:
D i1 = d – 2,5 m n = 120 – 2,5 2 = 115 mm Tính lực tác dụng lên trục (công thức 3 – 49, trang 54 [3]) :
- Lực hướng tâm: P r P tg n 3139 tg ( 20 o ) 1143(N)
Tính toán thiết kế trục và then
5.5.1 Tính trục: Đường kính sơ bộ của trục (theo công thức 7-2, trang 114 [3])
N I = 0,69 kW n I = 36 v/ph C: hệ số phụ thuộc ứng suất xoắn cho phép đối với đầu trục vào và trục truyền chung, có thể lấy C = 110 d I 1103 29,4
N II = 0,71 kW n = 36 (v/ph) Chọn C = 110 d II 110.3 29,7
N III = 0,74 kW n III = 36 (v/ph) Chọn C = 110
(mm) Đối với trục IV:
N IV = 1,15 (kW) n IV = 0,9 (v/p) Chọn C = 110 d IV 110.3 54
Để thực hiện bước tính gần đúng, trong bốn trị số d I, d II, d III, d IV, chúng ta chọn trị số d IV = 45 mm Với lựa chọn này, ta sẽ sử dụng ổ bi kiểu đặc biệt nhẹ, và theo bảng 17P trang 346 [3], chiều rộng của ổ B là 18 mm.
Xác định các trị số và chiều của các lực từ các chi tiết quay tác dụng lên trục IV:
- Các thông số ban đầu:
+ Đường kính bánh vít: d = 120 mm + Moment xoắn: M IV = 12202777 (N.mm)
- Moment uốn do F a2 gây ra trên trục IV: d Nmm
Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục của trục IV:
- Xác định phản lực tác dụng lên gối đỡ: Sử dụng phương trình moment và phương trình hình chiếu của các lực trong mp xOz và yOz:
- Xác định đường kính các đoạn trục :
Tại A: Theo công thức 7.4, trang 117 [3]:
Chọn d 3A = 45 mm (do tại A có ổ lăn)
- Đường kính trục tại tiết diện B : theo công thức 7.3, trang 117 [3]:
U (MPa) ứng với thép 45 có b 600 MPa đường kính trục > 50 (mm)
Tại C: Theo công thức 7.4, trang 117 [3]:
Đường kính trục tại tiết diện C: theo công thức 7.3, trang 117 [3]:
Biểu đồ Momoent trục chính ( trục IV)
5.5.2 Tính then: Để cố định bánh răng theo phương tiếp tuyến, nói cách khác là để truyền môment và chuyển động từ trục đến bánh răng hoặc ngược lại ta dùng then Theo đường kính trục chính để lắp then là 54, tra bảng 7-23 trang 143 [3], chọn then có b = 16, h = 10, t = 5, k = 6,2 Chiều dài then là: l = 22 mm
Kiểm nghiệm sức bền dập theo công thức (7-11), trang 139 [3]:
65 Ở đây M x = 654360 N.mm d = 54 mm k = 6,2 mm l = 22 mm
[] d = 150 N/mm 2 (bảng 7-20,trang 142 [3] ứng xuất mối ghép cố định, tải trọng tỉnh, vật liệu thép)
Kiểm nghiệm về sức bền cắt theo công thức 7-12, trang 139 [3]:
2 [] c Ở đây b = 16 mm, [] c = 120 N/mm 2 (bảng 7-21, trang 142 [3]), các thông số khác như trên
Tra bảng 7 – 23 trang 143 [3], ta chọn then cho các đường kính trục:
- Theo đường kính trục I để lắp then là d 1 = 25 mm và d 2 = 20 mm
+ Với d1 = 25 mm, ta chọn then có b = 8; h = 7; t = 4; k = 3,5
+ Với d2 = 20 mm, ta chọn then có b = 6; h = 6; t = 3,5; k 2,9
- Theo đường kính trục II để lắp then là d = 20 mm, ta chọn then có b = 6; h = 6; t
- Theo đường kính trục III để lắp then là d = 20 mm, ta chọn then có b = 6; h = 6; t
- Theo đường kính trục V để lắp then là d = 24 mm, ta chọn then có b = 7; h = 7; t
Với cấu trúc trục có đường kính ngõng trục d = 45mm, chúng ta chọn ổ bi đỡ chặn cỡ đặc biệt nhẹ 46109, có đường kính trong d = 45mm và đường kính ngoài D = 75mm Ổ bi này có khả năng tải động C = 30,4 kN và khả năng tải tĩnh C0 = 23,6 kN.
- Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ:
Với L : tuổi thọ ổ ( triệu vòng quay)
L (triệu vòng) m = 3 bậc của đường cong mỏi
Theo công thức 11.3 [4], tải trọng quy ước:
X = 1 (ổ đỡ chịu lực hướng tâm), Y=0
K t = 0,7: hệ số kể đến ảnh hưởng t o
K d = 0,5: hệ số kể đến đặt tính tải trọng
=> C d = Q = 25427 3 1,3= 27751(N) < C = 30400 (N) => đảm bảo điều kiện bền về tải động
=> Q 0 = 0,3 72649 = 21795 (N) < C 0 = 23600 (N) => đảm bảo điều kiện bền về tải tĩnh
Tương tự: Tra bảng 17P ta chọn ổ lăn cho các trục II, III, VI:
- Đối với trục II: Ta chọn ổ bi đỡ chặn cỡ nhẹ 36204 có đường kính trong d = 20 mm, đường kính ngoài D = 47 mm, bề rộng ổ B = 12 mm
- Đối với trục III: Ta chọn ổ bi đỡ chặn cỡ đặc biệt 46105 nhẹ có đường kính trong d = 25 mm, đường kính ngoài D = 47 mm, bề rộng ổ B = 12 mm
- Đối với trục VI: Ta chọn ổ bi đỡ chặn cỡ đặc biệt nhẹ 46105 có đường kính trong d
= 25 mm, đường kính ngoài D = 47 mm, bề rộng ổ B = 12 mm
Chọn dung sai lắp ghép ổ lăn:
Vì vòng trong quay nên chịu tải chu kì vòng trong quay nên chịu tải cục bộ
+ Ổ lăn với trục là lắp ghép theo hệ thống lỗ
+ Ổ lăn với vỏ hộp là lắp ghép theo hệ thống trục.
