LỜI NÓI ĐẦU

     Hiện nay, đất nước ta đang trên con đường hội nhập quốc tế, công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước càng trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Các ngành kinh tế, khoa học kỹ thuật nói chung và ngành cơ khí nói riêng càng đòi hỏi các kỹ sư, các cán bộ kỹ thuật phải có kiến thức tương đối rộng và phải biết vận dụng sáng tạo những kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề thực tế đề ra.

     Đồ án tốt nghiệp có vai trò hết sức quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành cơ khí chế tạo máy. Qua quá trình làm đồ án tốt nghiệp giúp cho sinh viên hệ thống lại các kiến thức thu nhận được trong quá trình học tập và trong thời gian thực tập tốt nghiệp, từ đó hình thành khả năng làm việc độc lập và một phong cách làm việc khoa học của các kỹ sư cơ khí khi giải quyết các  bài toán thực tế.

     Là một sinh viên theo học ngành cơ khí chế tạo máy, trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em được giao nhiệm vụ: “Thiết kế hệ dẫn động môtơ - hộp giảm tốc bánh răng hành tinh và lập quy trình công nghệ gia công bánh răng trung tâm Z₃₁”. Đây là một đề tài khá mới và khó đối với em, tài liệu chuyên khảo về vấn đề này còn rất hạn chế, các tài liệu giảng dạy cho sinh viên ngành cơ khí chưa đề cập đến các vấn đề khi tính toán thiết kế. Tuy nhiên trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp được sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn: TS………………. và các thầy cô trong khoa cơ khí, đồ án tốt nghiệp của em đến nay đã hoàn thành. Song do hiểu biết về lý thuyết chuyên đề và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đồ án này không thể tránh khỏi sai sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô và các bạn để em có thể hiểu biết sâu hơn về đề tài này, cũng như hoàn thiện được phương pháp tính toán thiết kế.

     Em xin chân thành cảm ơn cô giáo ……………… cùng các thầy cô trong khoa cơ khí - Trường ĐHKTCN đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Đồng thời em cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo và các bạn đã giúp đỡ em trong suốt thời gian học cũng như trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp.

                                                            …….., ngày ….tháng …. năm 20….

                                                               Sinh viên thực hiện

                                                              ………………

PHẦN 1

CHỌN ĐỘNG CƠ PHÂN PHỐI TỶ SỐ TRUYỀN CHO HỘP HÀNH TINH HAI CẤP

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ DẪN ĐỘNG HÀNH TINH

   Truyền động bánh răng hành tinh là truyền động bánh răng mà trong cơ cấu có ít nhất một bánh răng có trục quay di động đối với vỏ. Bánh răng có trục quay di động đối với vỏ trong quá trình làm việc được gọi là bánh vệ tinh. Khâu trên đó đặt bánh vệ tinh được gọi là cần và được kí hiệu bằng số 0. Khi làm việc cần quay hoặc có thể quay quanh một trục cố định gọi là trục chính. Các bánh răng ăn khớp với bánh vệ tinh và có trục trùng với trục chính được gọi là các bánh trung tâm. Các khâu có thể quay quanh trục chính và khi bộ truyền làm việc tiếp nhận tải trọng ngoài được gọi là các khâu cơ bản.

    Truyền động hành tinh so với truyền động bánh răng thường có rất nhiều ưu điểm như: tỷ số truyền lớn, từ một trục chủ động có thể truyền năng lượng tới một số trục bị động với vận tốc góc thay đổi trong thời gian làm việc (như hệ dẫn động các bánh xe ô tô), khuôn khổ kích thước nhỏ gọn (chỉ bằng 1/3 hay 1/4 khối lượng của hệ dẫn động bánh răng thường có cùng công suất truyền dẫn hoặc có khi còn bé hơn nữa). Truyền động hành tinh còn dùng để tổng hợp chuyển động, sử dụng khá rộng trong máy cắt kim loại, trong hệ dẫn động điều chỉnh vô cấp, trong các thiết bị đo lường. Ngoài ra hệ dẫn động hành tinh còn có một số công dụng đặc biệt như:

+ Hệ hành tinh rất thích hợp trong công việc truyền công suất lớn giữa hai trục đồng trục với nhau.

+ Với hệ hành tinh cũng có thể thực hiện được truyền động theo một chiều (tải không thuận nghịch bằng cách lợi dụng hiện tượng tự hãm).

     Truyền động bánh răng hành tinh có rất nhiều sự khác biệt so với truyền động bánh răng thường về mặt động học (tỷ số truyền), hiệu suất, phương pháp tính toán thiết kế.

     Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, do thời gian nghiên cứu có hạn nên em chỉ đưa ra những sự khác biệt về phương pháp tính toán thiết kế một bộ truyền bánh răng hành tinh ứng với một sơ đồ và một chế độ làm việc cụ thể.

1.2 CHỌN ĐỘNG CƠ

1.2.1. Xác định công suất cần thiết cho động cơ

      Các khâu của cấp chậm mang chỉ số 1, các khâu cấp nhanh mang chỉ số 2, cần mang bánh vệ tinh có chỉ số 0 ở trước, các bánh trung tâm cố định mang chỉ số 3 ở đằng trước, các bánh trung tâm quay mang chỉ số 1 ở đằng trước. Trên (hình 1) bánh trung tâm cố định là 3₁, 3₂; các bánh trung tâm quay là 1­₁, 1₂; các bánh vệ tinh là 2₁, 2₂ và cần là 0₁, 0­₂ .

      Cũng như trong hệ truyền động bánh răng thường, bên cạnh vật liệu chế tạo bánh răng và điều kiện chịu tải, việc phân phối tỷ số truyền (i_h) của hệ cho các cấp trong hệ có ảnh hưởng rất lớn tới kích thước và khối lượng của hệ. Cho đến nay, đã có một vài phương pháp phân phối tỷ số truyền xuất phát từ yêu cầu khối lượng và kích thước nhỏ gọn hoặc trên cơ sở giải bài toán tối ưu với hàm mục tiêu được chọn thoả mãn các chỉ tiêu đề ra như: hiệu suất của hệ cao nhất, khối lượng của hệ nhỏ nhất, giá thành của hệ nhỏ nhất…

      Ở đây ta phân phối tỷ số truyền xuất phát từ yêu cầu kích thước nhỏ gọn và độ bền tiếp xúc đều của các cấp bánh răng, và xuất phát từ việc giải bài toán tối ưu tỷ số truyền thoả mãn các ràng buộc về độ bền (độ bền uốn, độ bền tiếp xúc…), về động học, về điều kiện lắp.

1.4. TÍNH CHỌN SỐ RĂNG CÁC BÁNH RĂNG 2 CẤP

1.4.1. Cơ sở toán học của việc lập trình tính chọn số răng

     Khi thiết kế hệ truyền động hành tinh việc xác định số răng các bánh trong hệ liên quan chặt chẽ với các thông số như: tỷ số truyền, hiệu suất truyền động. Do đó số răng các bánh răng được chọn phải đảm bảo các yêu cầu vể tỷ số truyền, độ bền uốn của răng và các đặc điểm kết cấu của truyền động hành tinh, đó là các yêu cầu về: điều kiện đồng trục, điều kiện lắp, điều kiện kề.

1.4.1.2. Điều kiện lắp

    Trong truyền động hành tinh số bánh vệ tinh thường chọn từ 3 đến 6. Muốn cho bộ truyền làm việc được, phải đảm bảo điều kiện lắp, tức là đảm bảo điều kiện:

     Trục đối xứng của các rãnh răng của tất cả bánh vệ tinh phải trùng với trục đối xứng của các răng bánh trung tâm ăn khớp với các bánh vệ tinh.

1.6. XÁC ĐỊNH CHÍNH XÁC HIỆU SUẤT CHO TRUYỀN ĐỘNG HÀNH TINH

      Tổn thất trong truyền động hành tinh chủ yếu do mất mát khi ăn khớp, mất mát trong các ổ và mất mát do khuấy dầu bôi trơn. Tuy nhiên trong truyền động hành tinh thường không dùng cách bôi trơn nhúng các bánh vệ tinh trong hộp dầu, do đó mất mát do khuấy dầu thường rất nhỏ và có thể bỏ qua.

PHẦN 3

THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT ĐỠ NỐI

3. TÍNH CHỌN Ổ

3.1 Chọn ổ cho bánh vệ tinh

   Kết cấu của các bộ truyền vi sai và hành tinh do công dụng, sơ đồ động và trị số mômen của chúng quyết định.

   Trong nhiều kết cấu truyền động hành tinh dùng ổ lăn đặt trong lòng bánh vệ tinh. Để đảm bảo khả năng tải cần thiết của ổ lăn, có thể xảy ra trường hợp phải tăng đường kính ngoài của ổ lăn, do đó phải tăng đường kính hoặc chiều rộng bánh vệ tinh (để đặt thêm ổ lăn).

   Vì vậy sau khi xác định được kích thước bánh vệ tinh, tiến hành chọn ổ lăn cho bánh vệ tinh theo điều kiện sau:

3.1.2.2 Chọn ổ đỡ chạc mang bánh vệ tinh cấp nhanh

    Chạc mang bánh vệ tinh cấp nhanh ta lắp tuỳ động nên không cần ổ đỡ. Nhưng để cố định di chuyển dọc trục khâu tuỳ động này trong vỏ hộp ta dùng ổ bi đỡ siêu nhẹ. Kết cấu của ổ ta chọn để phù hợp với khâu của  chạc và kết cấu tổng thể của hộp.

3.2.2 Trình tự kiểm nghiệm trục bằng phần mềm Mechanical Desktop 6.0

     Sau khi vẽ thiết kế trục ta tiến hành tính toán kiểm nghiệm trục mang bánh vệ tính cấp nhanh và cấp chậm, tuỳ thuộc vào kết quả tính toán mà thay đổi kích thước trục phù hợp với yêu cầu.

    Trình tự tính toán kiểm nghiệm trục mang bánh vệ tính cấp nhanh: 

 Trước khi tính toán ta phải tiến hành thiết lập cấu hình phần mềm cho phù hợp về đơn vị đo lường và vật liệu sử dụng. Vào Assist chọn Mechanical Options xuất hiện hộp thoại Mechanical Options, chọn thẻ Standards. Trong thẻ này ở mục Standard, chọn DIN (đây là tiêu chuẩn kỹ thuật giống với TCVN), ở mục Measurement chọn đơn vị là Metric.

3.2.3.1 Kiểm nghiệm chạc mang bánh vệ tinh cấp chậm bằng phần mềm

     Với chạc mang bánh vệ tính cấp chậm việc sơ đồ hoá và đặt tải trọng tác dụng là khá phức tạp, nên ứng dụng phần mềm COSMOSDesignSTAR giúp cho việc tính toán đơn giản và chính xác. Tuy nhiên phần mềm cũng còn có những hạn chế nhất định về sơ đồ tải, và sơ đồ ràng buộc các bậc tự do cần khống chế.

PHẦN 5

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG TRUNG TÂM CẤP CHẬM Z₃₁

5.1 PHÂN TÍCH CHI TIẾT GIA CÔNG

5.1.1 Tính năng sử dụng, điều kiện làm việc của chi tiết

    Bánh răng trung tâm cấp chậm Z₃₁ được cố định với vỏ hộp và tiếp nhận tải trọng từ bánh vệ tinh Z₂₁ làm cho cần đầu ra O₁ quay.

     Bánh răng không quay, bộ truyền được bôi trơn bằng phun dầu. Nhưng vòi phun cố định một chỗ nên bánh răng làm việc trong điều kiện như vậy xuất hiện dạng hỏng tróc rỗ bề mặt răng, mòn và có thể gãy răng.

5.1.2 Yêu cầu kỹ thuật và biện pháp gia công tinh lần cuối

5.1.2.1 Yêu cầu kỹ thuật

     Để đáp ứng các yêu cầu làm việc bánh răng phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật sau:

          - Bề mặt làm việc của răng được tôi cải thiện đạt độ cứng bề mặt: HB = 230 ¸ 235

          - Độ nhám bề mặt làm việc    : R_a = 1,25 mm

         - Độ chính xác động học        : 9

         - Cấp chính xác làm việc êm  : 8

         - Cấp chính xác tiếp xúc        : 8

5.1.2.2 Biện pháp gia công tinh lần cuối

    Vật liệu chế tạo bánh răng là thép 40X, được tôi cải thiện đạt độ cứng bề mặt là HB = 230 ¸ 235, nên ta cắt răng sau khi đã nhiệt luyện thép.

5.1.2.3 Tính công nghệ trong kết cấu

    Kết cấu bánh răng trung tâm Z₃₁ cấp chậm đã đảm bảo các yêu cầu làm việc và các yêu cầu về lắp ráp.

5.2 XÁC ĐỊNH DẠNG SẢN XUẤT

    Dạng sản xuất là một khái niệm kinh tế kĩ thuật tổng hợp, giúp cho việc xác định hợp lí đường lối, biện pháp công nghệ và tổ chức sản xuất để tạo ra các sản phẩm đạt được các yêu cầu kĩ thuật và các chỉ tiêu kinh tế.

    Dạng sản xuất phụ thuộc vào nhiều thông số như: số chủng loại sản phẩm, số chi tiết trong một chủng loại, chu kì lặp lại, điều kiện sản xuất và khối lượng gia công từng sản phẩm.

    Để xác định dạng sản xuất ta dựa vào sản lượng hàng năm và trọng lượng của chi tiết gia công.

5.3 CHỌN PHÔI VÀ PHƯƠNG PHÁP TẠO PHÔI

      Bánh răng trung tâm cấp chậm, ăn khớp trong được chế tạo bằng vật liệu 40X. Để đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật và khả năng làm việc của bánh răng ta chọn phôi dập và chế tạo phôi bằng phương pháp dập nóng.

5.7 TÍNH VÀ TRA LƯỢNG DƯ

    Yêu cầu quan trọng nhất đối với mọi quá trình sản xuất hiện đại là không ngừng nâng cao được chất lượng sản phẩm và năng suất gia công. Chất lượng sản phẩm được xác định thông qua một loạt các thông số có liên quan chặt chẽ với độ chính xác gia công. Độ chính xác kích thước, hình dáng, và vị trí tương quan giữa các bề mặt của sản phẩm nhận được sau khi gia công sẽ quyết định chất lượng làm việc của nó. Để đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật cần thiết, trong quá trình thiết kế công nghệ, cần phải giải quyết rất nhiều bài toán trong đó có bài toán xác định lượng dư gia công cơ có tầm quan trọng đặt biệt.

     Lượng dư gia công cơ là lớp vật liệu cần có để bù cho các sai số xuất hiện trong quá trình chế tạo, đảm bảo cho sản phẩm có được các thông số chất lượng yêu cầu. Lớp vật liệu này được hớt đi trong quá trình gia công.

     Việc xác định lượng dư gia công phải hợp lí. Nếu lượng dư gia công cơ lớn hơn giá trị yêu cầu sẽ gây hao tổn về vật liệu, dụng cụ cắt, thời gian, năng lượng…Còn nếu lượng dư gia công có giá trị nhỏ hớn giá trị yêu cầu, thì không đủ để bù lại sai số xuất hiện trong quá trình chế tạo, sẽ gây phế phẩm và làm giảm hiệu quả của các quá trình sản xuất.

     Trong ngành chế tạo máy người ta áp dụng hai phương pháp sau để tính lượng dư gia công cơ:

      + Phương pháp thống kê kinh nghiệm: phương pháp này rất phổ biến trong thực tế sản xuất. Theo phương pháp này lượng dư gia công được xác định bằng tổng giá trị lượng dư các bước gia công theo kinh nghiệm. Giá trị kinh nghiệm của lượng dư gia công thường được tổng hợp thành bảng trong các sổ tay thiết kế công nghệ.

      Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là không xét đến những điều kiện gia công cụ thể nên giá trị lượng dư thường lớn hơn giá trị cần thiết.

      + Phương pháp tính toán phân tích: phương pháp này dựa trên cơ sở phân tích các yếu tố tạo ra lớp kim loại cần phải hớt đi để có một chi tiết máy hoàn chỉnh, do giáo sư Kovan đề xuất.

      + a_w : lượng dư gia công lấy theo khoảng cách tâm:  a_w = h = 5,5 (mm)

      + m_t : môđun theo mặt đầu, m = 2

      + Z_ct : số răng chi tiết gia công, Z_ct = 96

      + n_k  : số hành trình kép

      - Bước tiến dao vòng: S₀ = 0,16 (mm/vg)

      Theo thuyết minh máy: Chọn S₀ = 0,15 (mm/vg)

     - Thời gian cơ bản: T₀ = 0,46 (phút).

KẾT LUẬN

    Sau một thời gian làm đồ án, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là cô giáo hướng dẫn:……………, đến nay đồ án của em đã hoàn thành đúng thời hạn đảm bảo các nhiệm vụ được giao.

    Qua quá trình làm đồ án đã giúp tôi làm quen với những công việc cụ thể của người kỹ sư cơ khí trong tương lai, phương pháp làm việc độc lập, sáng tạo, khoa học, kỷ luật, đồng thời đồ án đã giúp bản thân em củng cố thêm các kiến thức đã được học cũng như học hỏi được nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu. Do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên trong quá trình làm đồ án của em không tránh được những thiếu sót. Kính mong quý thầy cô chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

     Cuối cùng em xin cám ơn cô giáo hướng dẫn:………………, cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.                                      

      Em xin chân thành cảm ơn !

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 [1]. Hệ dẫn động hành tinh

 Trịnh Chất -  Lê Văn Uyển

 NXB KHKT - 1996

 [2]. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí - tập I, II

 PGS. TS. Trịnh Chất - TS. Lê Văn Uyển

 NXB GD, Hà Nội - 2004

 [3]. Thiết kế chi tiết máy

 Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm

 NXBGD, Hà Nội - 2004

 [4]. Tự động hoá thiết kế cơ khí

 PGS. TS. Trịnh Chất - TS. Trịnh Đồng Tính

 NXB KHKT, Hà Nội - 2005

[5]. Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy

Trịnh Chất

NXB KHKT, Hà Nội - 2001

 [6]. Dung sai và lắp ghép

 PGS. TS. Ninh Đức Tốn

 NXB GD, Hà Nội - 2001

 [7]. Hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy

 GS. TS. Nguyễn Đắc Lộc - Lưu Văn Nhang

 NXB KHKT, Hà Nội - 2004

 [8]. Thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy

 GS. TS. Trần Văn Địch

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"