Tìm hiểu bánh răng, các phương pháp gia công bánh răng cơ khí
-
Khái quát về bánh răng
Bánh răng là một bộ phận cơ khí quay được, có dạng khối trụ tròn hoặc côn, xung quanh có các răng được cắt có thể ăn khớp với các răng của một bộ phận khắc răng khác để truyền mô-men quay.
Hai bánh răng muốn khớp với nhau để truyền lực thì các răng trên cả hai bánh răng đều phải có hình dạng giống nhau. Bánh răng có thể truyền chuyển động giữa các trục song song nhau, vuông góc nhau hoặc chéo nhau. Chúng có tác động trực tiếp tới việc truyền động, phân phối tốc độ nhanh hay chậm của động cơ.
Xem thêm Panme đo ngoài điện tử đo bánh răng series 324
-
Phân loại bánh răng
Bánh răng được chia thành 3 loại chính gồm bánh răng trụ, bánh răng côn và bánh vít, chi tiết hơn về các loại bánh răng như sau.
Bánh răng trụ
Bánh răng trụ răng thẳng |
Bánh răng trụ răng nghiêng |
Bánh răng trụ có các răng hình thành trên mặt trụ tròn xoay, được sử dụng để truyền chuyển động quay giữa hai trục song song. Chúng lại được chia ra thành những loại sau:
- Bánh răng trụ răng thẳng: rãnh răng song song với trục trụ.
- Bánh răng trụ răng nghiêng: rãnh răng tạo thành một góc nghiêng với trục trụ.
- Bánh răng trụ răng chữ V: răng nghiêng theo hai phía ngược chiều nhau, tạo thành hình chữ V.
Bánh răng côn
 |
 |
Răng của bánh răng côn được hình thành trên mặt côn, bởi vậy kích thước của răng và mô đun thay đổi theo chiều dài răng, càng về phía đỉnh nón, kích thước của răng và mô đun càng bé.
Bánh răng côn cũng bao gồm hai loại bánh răng côn răng thẳng và bánh răng côn xoắn, chúng được sử dụng để truyền chuyển động quay giữa hai trục cắt nhau.
Bánh vít
Các bánh vít được kết hợp với các trục vít để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau. Răng của trục vít có dạng ren vít, trục vít có ren một, hai hoặc ba đầu mối. Mô đun của trục vít bằng mô đun của bánh vít ăn khớp.
Dựa theo các đặc tính công nghệ, bánh răng sẽ được chia thành bánh răng có moay ơ hoặc không có moay ơ, lỗ trơn hoặc lỗ then hoa.
-
Kết cấu và các thông số cơ bản của bánh răng
Tùy theo cấu trúc của thiết bị, máy móc hay động cơ mà các bánh răng sẽ được thiết kế với những kết cấu riêng. Có loại thì bánh răng được chế tạo liền khối với trục, có loại thì khoét lõm, loại thì để rỗng tâm,… Trong gia công chế tạo bánh răng, cũng có một số quy tắc chung để tối ưu hóa cho hoạt động của bánh răng, như:
- Nếu đường kính ngoài d < 150mm, bánh răng thường được chế tạo liền khối và không khoét lõm.
- Nếu d < 600mm, bánh răng thường được khoét lõm xuống để giảm khối lượng.
- Nếu d > 600mm, bánh răng thường được chế tạo vành riêng bằng thép tốt, sau đó ghép vào moay ơ, cho chất lượng tốt hơn.
Về những thông số của bánh răng, có rất nhiều thông số để phục vụ cho quá trình gia công, thiết kế và lắp đặt máy. Tuy nhiên có một số thông số cơ bản bắt buộc người chế tạo cần phải nắm rõ, gồm:
- Vòng đỉnh: là đường tròn đi qua đỉnh răng ( da=m(z+2) )
- Vòng đáy: là vòng tròn đi qua đáy răng ( da=m(z-2.5) )
- Vòng chia: là đường tròn tiếp xúc với một đường tròn tương ứng của bánh răng khác khi 2 bánh ăn khớp với nhau ( d=m.Z )
- Số răng: Z=d/m
- Bước răng: là độ dài cung giữa 2 profin của 2 răng kề nhau đo trên vòng chia ( P=m. π )
- Modun: là thông số quan trọng nhất của bánh răng ( m = P/π )
- Chiều cao răng: là khoảng cách hướng tâm giữa vòng đỉnh và vòng chia ( h=ha + hf=2.25m )
- Chiều dày răng: là độ dài cung tròn giữa 2 profin của một răng đo trên vòng tròn chia ( St = P/2 = m/2 )
- Chiều rộng rãnh răng: là độ dài cung tròn đo trên vòng chia của một rãnh răng ( Ut= P/2 = m/2 )
-
Cấp chính xác
Cấp chính xác của bánh răng được đánh giá theo các chỉ tiêu sau:
- Độ chính xác động học: được đánh giá bằng sai số góc quay của bánh răng sau 1 vòng làm việc, sai số này do hệ thống công nghệ gây ra.
- Độ ổn định khi làm việc: được đánh giá bằng sai số chu kỳ, tức là giá trị trung bình của sai số truyền động – bằng tỷ số giữa sai lệch lớn nhất và số bánh răng. Dao động của tốc độ quay sẽ gây ra rung động và tiếng ồn của truyền động.
- Độ chính xác về mặt tiếp xúc: được đánh giá bằng vết tiếp xúc của biên dạng răng, có ảnh hưởng đến mức độ tập trung tải trọng trên các vùng khác nhau của bề mặt răng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, tuổi thọ của bộ truyền.
- Độ chính xác khe hở mặt bên: là khe hở giữa các cạnh răng trong bộ truyền, liên quan đến hiện tượng kẹt răng khi hoạt động.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), bánh răng được quy định độ chính xác với 12 cấp, được đánh số lần lượt từ 1 đến 12 với mức độ chính xác giảm dần, trong đó cấp 1 là cấp chính xác nhất, cấp 12 là kém chính xác nhất.
Đối với độ chính xác khe hở, các mức độ khe hở được đánh dấu với các ký tự A, B, C, D, E, H, trong đó H là khe hở bằng 0.
-
Vật liệu chế tạo bánh răng
Vật liệu chế tạo bánh răng phụ thuộc vào điều kiện làm việc của chúng, chẳng hạn như tải trọng phải chịu, lực hay ứng suất phải chịu, độ mài mòn, chu kỳ làm việc…
Bánh răng nhỏ nên được chọn vật liệu tốt hơn bánh răng lớn vì số chu kỳ làm việc của bánh răng nhỏ nhiều hơn bánh răng lớn. Bánh răng cấp chậm cần vật liệu tốt hơn bánh răng cấp nhanh vì bánh răng cấp chậm chịu tải (momen xoắn) lớn hơn cấp nhanh.
Những bánh răng phải chịu mài mòn nhiều cần chọn vật liệu có độ cứng cao hơn. Bánh răng chịu tải trọng nhỏ thì thép hóa tốt sẽ là vật liệu làm bánh răng. Bánh răng hoạt động với tốc độ lớn, chịu tải nặng cần được làm bằng thép thấm cacbon.
Đối với các bánh răng thông thường, vật liệu được lựa chọn thường là thép hợp kim crom như 15Cr, 15CrA, 40Cr, 45Cr hoặc crom-niken và crom-molipden như 40CrNi, 35CrMoA, 18CrMnTi.
Đối với các bánh răng chịu tải trung bình và nhỏ được chế tạo bằng thép cacbon chất lượng cao như C40, C45 và gang.
Đối với các bánh răng chạy với tốc độ cao mà không gây ra tiếng ồn được làm bằng chất dẻo, vải ép, da ép.
Với công nghệ hiện nay, các bánh răng đã được chế tạo bằng các vật liệu bột gốm và bột kim loại, giúp chống mài mòn tốt hơn và cũng dễ sản xuất hàng loạt với số lượng lớn hơn.
Xem thêm bài viết Cách chọn vật liệu phù hợp cho dự án gia công CNC
-
Nhiệt luyện
Các bánh răng cần phải đảm bảo được về độ cứng và độ bền của bề mặt, đồng thời phải có đủ độ dẻo dai ở phần lõi, nhằm đảm bảo độ bền uốn cũng như khả năng chịu mài mòn khi hoạt động. Quá trình nhiệt luyện giúp cho bánh răng đạt được các chỉ tiêu phù hợp cho yêu cầu làm việc thực tế. Việc nhiệt luyện được chia ra với 2 nhóm vật liệu như sau:
- Nhóm vật liệu có độ rắn HB ≤350 cần được nhiệt luyện trước rồi mới tiến hành gia công.
- Nhóm vật liệu có độ rắn HB >350 cần được gia công trước rồi mới nhiệt luyện. Khi đó bánh răng sẽ có độ bền cao, khả năng chịu tải lớn, tuy nhiên do biến dạng sau nhiệt luyện nên bánh răng cần phải gia công lại để đảm bảo độ chính xác.
-
Các phương pháp gia công bánh răng
Gia công bánh răng có thể chia thành hai phương pháp cơ bản là phương pháp gia công định hình và phương pháp gia công bao hình.
Đối với phương pháp định hình, dụng cụ cắt có biên dạng lưỡi cắt là rãnh răng, quá trình cắt được diễn ra với từng rãnh răng một, xong rãnh răng này thì mới gia công đến rãnh răng khác.
Đối với phương pháp gia công bao hình, biên dạng lưỡi cắt của dụng cụ cắt không cần phải là rãnh răng. Dụng cụ cắt sẽ lăn liên tục một cách tương đối trên vành của bánh răng gia công, khi đó quỹ tích các đường bao của dụng cụ cắt là profin thân khai của răng bánh răng gia công.
Sau đây là chi tiết những phương pháp gia công bánh răng trụ và bánh răng côn theo những nguyên công khác nhau.
7.1 Gia công bánh răng trụ
Bánh răng trụ thường được gia công với những phương pháp sau:
Phương pháp gia công phay định hình
Sử dụng những dao phay định hình (dao phay đĩa module hoặc dao phay ngón module) mà profin của dao tương tự như profin của rãnh răng.
Phương pháp gia công bánh răng trụ này được áp dụng nhiều trên các máy phay vạn năng có trang bị dụng cụ phân độ. Phôi sẽ được gá vào ụ phân độ, dao phay được gá sao cho đường kính ngoài của dao phay đĩa hoặc mặt đầu của dao phay ngón trùng với đường sinh cao nhất của chi tiết. Sau đó, điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có chiều sâu theo yêu cầu (tùy theo module răng gia công). Tiến hành gia công bằng cách gia công xong một rãnh thì dùng đầu phân độ để quay phôi một góc 360o/z rồi tiếp tục gia công rãnh tiếp theo cho đến khi hoàn thành.
Phương pháp phay định hình tồn tại một số nhược điểm như độ chính xác không cao (khoảng cấp 7,8), dễ xảy ra sai số biên rãnh và chia độ. Trong sản xuất hàng loạt và hàng khối với những modul lớn, phương pháp này chỉ dùng để gia công phá.
Phương pháp gia công bào định hình
Gia công bào răng định hình được thực hiện trên các máy bào răng với dao định hình có profin giống profin rãnh răng hoặc dao thông thường với dưỡng. Tương tự như phay định hình, đầu phân độ theo từng răng cũng được dùng.
Phương pháp bào định hình chủ yếu được dùng để gia công thô các bánh răng ăn khớp ngoài và trong có modul lớn.
Phương pháp gia công chuốt định hình
Dao chuốt có profin của bánh răng, trong quá trình gia công thì có thể chuốt một rãnh hoặc nhiều rãnh cùng một lúc. Sau mỗi hành trình của dao, một hoặc một số rãnh răng được gia công, để gia công các rãnh khác thì chi tiết được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân độ. Cũng có thể chuốt toàn bộ các rãnh cùng một lúc nhưng do kết cấu dao phức tạp, khả năng thoát phoi kém và yêu cầu lực cắt lớn nên cách này ít được sử dụng.
Dụng cụ cắt là một bộ dao định hình với từng nấc được lắp vào đầu chuốt. Lượng nâng của mỗi lưỡi cắt phụ thuộc vào chiều dày lớp phoi được cắt Sz, loại vật liệu chế tạo bánh răng và tốc độ cắt…, lượng nâng này được chọn như với dao chuốt thông thường.
Lớp vật liệu phải cắt được phân chia theo tổng số các lưỡi cắt của dụng cụ nên tuổi thọ, độ bền của dao chuốt thường lớn. Tuy nhiên chi phí đầu tư cho dụng cụ lớn nên phương pháp này chỉ dùng cho sản xuất hàng loạt số lượng lớn, bánh răng có module lớn và bánh răng không gia công nhiệt không mài. Ưu điểm của phương pháp chuốt định hình là cho năng suất và độ chính xác cao.
Phương pháp phay lăn răng
Đây là một trong những phương pháp gia công bao hình, chuyển động quay của dao phay và chuyển động quay của chi tiết phải nằm trong xích truyền động của bao hình. Dao phay sử dụng trong phương pháp này có cấu tạo khá phức tạp nên giá thành khá cao.
Phương pháp phay lăn răng được dùng trên những máy phay chuyên dùng, dao phay quay cắt liên tục, có thể phay thuận hoặc phay nghịch.
Phương pháp gia công xọc bao hình
Bánh răng được tạo hình bằng các chuyển động lên xuống của đầu dao để gia công hết bề rộng răng, chuyển động tiến dao hướng kính để gia công đạt chiều cao răng và chuyển động nhường dao.
Phương pháp xọc bao hình mang đến độ chính xác cao, dễ chế tạo, có thể gia công bánh răng nhiều bậc mà khoảng cách giữa các bậc nhỏ, tuy nhiên thì năng suất lại không cao.
Xem thêm bài viết Máy xọc – Cấu tạo, cơ chế truyền động, phân loại và ứng dụng
7.2 Gia công bánh răng côn
Tương tự như gia công bánh răng trụ thì bánh răng côn cũng sử dụng các phương pháp gia công phay, bào, tuy nhiên cách thức thực hiện sẽ khác với khi gia công bánh răng trụ.
Phương pháp phay định hình
Phương pháp này cần được thực hiện trên các máy phay vạn năng có ụ phân độ, phôi được gá vào ụ phân độ đã nghiêng đi một góc phù hợp với góc côn ở chân răng. Mỗi một rãnh răng được phay qua 3 bước sau:
- Phay phần vật liệu 1 của rãnh, chiều rộng này tối đa bằng chiều rộng đầu nhỏ nhất của rãnh răng.
- Phay tiếp phần vật liệu 2 bằng cách quay bánh răng đi một góc ϕ.
- Phay phần còn lại bằng cách phay bánh răng một góc ϕ về phía ngược lại. Góc nghiêng δ của trục ụ chia độ được xác định căn cứ vào góc côn chân răng trên bản vẽ.
Do mất nhiều thời gian gia công cũng như thời gian dừng dao lớn nên phương pháp này thường chỉ được sử dụng trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ để gia công các bánh răng có cấp chính xác 9 – 11, gia công bánh răng có module lớn.
Phương pháp phay lăn răng
Tương tự phay bánh răng trụ, nhưng dao phay sử dụng trong gia công bánh răng côn có kết cấu hoàn toàn khác. Nguyên lý gia công dựa vào sự ăn khớp của bánh răng cần gia công với bánh răng dẹt sinh. Phương pháp này có năng suất cao, độ nhám bề mặt cao.
Phương pháp bào bánh răng côn theo dưỡng
Được sử dụng để gia công các bánh răng có modul lớn, cấp chính xác 9 – 11. Phương pháp này có độ chính xác không cao do sai số biên dạng dưỡng chép hình, sai số động học cơ cấu truyền động.
-
Yêu cầu kỹ thuật khi gia công bánh răng
Đối với quy trình công nghệ chế tạo bánh răng cần đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật như sau:
- Độ không đồng tâm giữa mặt lỗ và đường kính vòng chia nhằm trong khoảng 0,05÷0,1 mm.
- Độ không vuông góc giữa mặt đầu và tâm lỗ nằm trong khoảng 0,01÷0,015 mm trên 100mm đường kính lỗ.
- Mặt lỗ và các cổ trục của trục răng được gia công đạt độ chính xác cấp 7, độ nhám bề mặt Ra=1,25÷0,63
- Các bề mặt khác được gia công đạt cấp chính xác 8÷10, độ nhám bề mặt Rz=40÷10
- Sau nhiệt luyện đạt độ cứng 55÷60HRC, các bề mặt không gia công độ cứng thường đạt được 180÷280 HB.
Trên đây là những thông tin cơ bản về bánh răng và các phương pháp gia công bánh răng trong cơ khí. Hy vọng với bài viết này, Tinh Hà đã mang đến cho các bạn những kiến thức mà các bạn đang tìm kiếm.
Đối với việc kiểm tra độ chính xác của bánh răng, công ty Tinh Hà chúng tôi có đầy đủ các thiết bị đo lường phục vụ cho quá trình kiểm tra bánh răng. Các bạn có thể bấm xem thêm tại đây hoặc liên hệ ngay với chúng tôi theo thông tin liên hệ trên website này của Tinh Hà.
