(Luận văn thạc sĩ) Tính toán, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc bằng con lăn biên dạng EPIXYCLÔÍT ứng dụng trong các MODUL quay của ROBOT công nghiệp

LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

THẠCH DŨNG CHINH


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS. Nguyễn Hồng Thái, giảng viên Viện cơ khí
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt
q trình thực hiện và hồn thành luận văn.
Và tơi cũng xin cảm ơn:
 Q thầy cô, giảng viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
 Q thầy cơ, giáo viên Trường CĐN Việt Nam - Singapore.
 Cơ sở cơ khí hqm, Hiệp An, TP. Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương.
 Các anh chị cùng các bạn lớp cao học 2012 – 2014 (lớp A), ngành Kỹ
Thuật Cơ Khí.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014


TĨM TẮT
Tên đề tài: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC BÁNH
RĂNG CON LĂN BIÊN DẠNG EPIXYCLƠÍT ỨNG DỤNG TRONG CÁC
MODUL QUAY CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP.
Thời gian: Từ 01/09/2013 đến 28/02/2014.
Địa điểm: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

 Kết quả chủ yếu đạt được:
 Nghiên cứu nguyên lý hình thành và thành lập phương trình biên dạng đĩa
Epixyclơít bằng phương pháp biến đổi ma trận thuần nhất.
 Phân tích lực.
 Viết phần mềm thiết kế, tính tốn bánh răng con lăn trên Matlab.
 Thiết kế và chế tạo thực nghiệm hộp giảm tốc bánh răng con lăn biên
dạng Epixyclơít ứng dụng trong robot cơng nghiệp.
 The primary outcomes achieved:
 Research and principles form the equation established by cycloid disc
contour method homogenous matrix transformation
 Power analysis
 Writing software design, calculation roller gear on Matlab.
 Design and fabrication of experimental gear reducer roller profile
cycloidal in industrial robot application.


MỤC LỤC
TRANG
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ............................................................................................................. i
Lời cam đoan ................................................................................................................ ii
Lời cảm ơn ................................................................................................................... iii
Tóm tắt ......................................................................................................................... iv
Mục lục ......................................................................................................................... v
Danh mục các chữ viết tắt ............................................................................................ viii
Danh mục các ký hiệu ................................................................................................... ix
Danh sách các hình ....................................................................................................... xii
Danh sách các bảng ...................................................................................................... xiiii
PHẦN I : Mở đầu ....................................................................................................... 15

I. Đặt vấn đề .................................................................................................................. 15
II. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................... 15
III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 16
IV. Phương pháp nghiên cứu đề tài............................................................................... 16
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................. 16
PHẦN II : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................... 18
Chương I : Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ......................................................... 18
1.1 Lịch sử phát triển..................................................................................................... 18
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ............................................................. 21
1.3 Phân loại hộp giảm tốc xyclơít ................................................................................ 22
1.4 Cấu tạo ................................................................................................................... 23
1.5 Nguyên lý làm việc ................................................................................................ 25
1.6 Các ứng dụng của dụng hộp giảm tốc xyclơít ........................................................ 26
Chương II : Xây dựng biên dạng đĩa cố định xyclơít kiểu epixyclơít .................... 29
2.1 Xây dựng biên dạng epixyclơít .............................................................................. 29


2.2 Phương trình đường epixyclơít kéo dài .................................................................. 31
2.3 Sự hình thành biên dạng bánh răng ........................................................................ 33
Chương III : Tính tốn thiết kế bộ truyền bánh răng con lăn kiểu epixyclơít ..... 35
3.1 Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng con lăn ................................................... 35
3.1.1 Tính lực FCi (lực tác dụng từ con lăn lên đĩa epixyclơít) ................................... 36
3.1.2 Tính lực FKj (lực tác dụng từ chốt đầu ra lên đĩa epixyclơít) .............................. 38
3.1.3 Biểu đồ lực tính cho một số trường hợp ............................................................. 39
3.2 Tính tốn độ bền tiếp xúc răng đĩa xyclơít.............................................................. 44
3.2.1 Hằng số đàn hồi của vật liệu các vật thể tiếp xúc zM ......................................... 44
3.2.2 Tải trọng riêng tính tốn về độ bền tiếp xúc qH ................................................. 45
3.2.3 Các công thức kiểm nghiệm và thiết kế cho đĩa xyclơít ..................................... 49
3.2.4 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép  H  ......................................................... 50
3.2.5 Tính kiểm nghiệm độ bền bánh răng khi quá tải ................................................. 54

3.3 Tính tốn độ bền con lăn và chốt trụ ra .................................................................. 54
3.3.1 Tính con lăn chốt trụ ra về độ bền tiếp xúc ......................................................... 54
3.3.2 Tính chốt trục ra về độ bền cắt và độ bền uốn .................................................... 55
3.4 Tính tốn trục và chọn ổ lăn ................................................................................... 58
3.4.1 Tính trục .............................................................................................................. 58
3.4.2 Tính chọn ổ lăn .................................................................................................... 62
3.5 Trình tự tính tốn và thiết kế bộ truyền .................................................................. 64
1. Chọn vật liệu ............................................................................................................ 64
2. Chọn các thông số cơ bản ........................................................................................ 64
3. Kiểm nghiệm bánh răng về độ bền tiếp xúc ............................................................. 65
4. Tính trục vào, bạc lệch tâm và chọn ổ lăn lắp đĩa xyclơít ........................................ 66
5. Tính chốt trục ra, con lăn đầu vào và trục ra ............................................................ 66
6. Tính chọn ổ lăn lắp giữa trục ra, trục vào với vỏ hộp giảm tốc ............................... 67
Chương IV : Phần mềm thiết kế tính tốn .............................................................. 70
4.1 Mục đích ................................................................................................................. 70


4.2 Cấu trúc chương trình ............................................................................................ 70
4.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình .......................................................................... 72
4.4 Tính tốn thiết kế bộ truyền hộp giảm tốc con lăn Epixyclơít ............................... 76
Chương V : Kết luận ................................................................................................... 79
5.1 Kết luận .................................................................................................................. 79
5.2 Nhận xét ................................................................................................................. 79
5.3 Hướng phát triển để hoàn thiện .............................................................................. 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 81
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 84


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BMPT : Bề mặt phức tạp.

CAM

: Computer Aided Manufacturing.

CAD

: Computer Aided Design.


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Nội dung ý nghĩa

 1 ( 01 , r1 ) : Đường trịn tâm tích tâm 01 , bán kính r1
 1 ( 01 , r1 ) : Đường trịn tâm tích tâm 01 , bán kính r1

 1 ( 01 x1 y1 ) :Hệ trục tọa độ cố định gắn cứng với đường tròn

 2 ( 02 x2 y2 ) :Hệ trục tọa độ gắn cứng với đường tròn

 1 ( 01 , r1 )

 1 ( 01 , 02 )

 (02 x3 y3 ) :Hệ trục tọa độ gắn cứng với đường tròn tâm tích sinh  1 ( 0 2 , r2 )


: Góc quay của trục đầu vào



: Góc quay giữa  2 ( 02 x2 y2 ) và  1 ( 01 x1 y1 )



: Góc quay của trục đầu ra

E

:Độ lệch tâm của trục đầu vào

z1

: Số răng của bánh răng Epixycloit

z2

: Số chốt con lăn trên răng hành tinh

z3

: Số chốt trục ra

Z

:Số đĩa con lăn

R2


Fci

Fk j

: Bán kính đường trịn qua chốt các con lăn
:Lực tác động từ con lăn lên bánh răng epixycloit

F1

: Lực vòng tác động lên đĩa con lăn

M1

: Momen xoắn trục vào

P1

: Công suất trục động cơ

: Lực tác động từ đĩa lên con chốt đầu ra


n1

: Số vòng quay của động cơ

bj

: Cánh tay đòn từ lực Fk tới tâm 01

j

:Góc vị trí của các chốt trục ra so với phương ngang 01 x1

i

:Tỷ số truyền

rc

: Bán kính chốt con lăn

Rt

: Bán kính vịng trịn qua tâm chốt đầu ra

rp

: Bán kính con lăn răng chốt

n

: Số con lăn chịu lực

m


j

n=

Z2  1
2

n=

Z2
2

Nếu Z 2 chẵn
Nếu

Z 2 lẻ

: Số chốt trục ra
Z3  1
m= 2

m=

Z3
2

Nếu m lẻ

Nếu m chẵn

12

: Hiệu suất truyền động bánh răng

[ H ]

: Ứng suất tiếp xúc cho phép (Mpa)

H

: Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng đĩa xycloit

ZM

: Hằng số đàn hồi của vật liệu các vật thể tiếp xúc

qH

: Tải trọng riêng tính tốn về độ bền tiếp xúc



: Bán kính cong tương đương của 2 bề mặt tiếp xúc

E1 , E2

: Mô đun đàn hồi của vật liệu làm bánh răng và con lăn

1, 2

:Hệ số poatxong của vật liệu làm bánh răng và con lăn

da

: Đường kính vịng đỉnh răng đĩa xycloit


df

: Đường kính vịng đáy răng đĩa xyloit

d

: Đường kính vịng chia đĩa xycloit

rch

: Bán kính chốt trục ra

M

: Momen xoắn trên trục (Mmm)


DANH SÁCH CÁC BẢNG
NỘI DUNG

STT

TRANG

Bảng 3.1

Trị số hệ số K H  cho bộ truyền bánh răng con lăn

48

Bảng 3.2

Giới hạn bền mỏi tiếp xúc σ 0H lim của mặt răng ứng với số chu kỳ cơ sở

50

Bảng 3.3

Hệ số quy đổi K HE

52

Bảng 3.4

Ứng suất cắt cho phép

56

Bảng 3.5

Ứng suất dập cho phép [  d ] đối với vật liệu ghép then

59

Bảng 3.6

Hệ số tải

64


DANH SÁCH CÁC HÌNH
NỘI DUNG

STT

TRANG

Hình 1.1

Bản vẽ mặt cắt hộp giảm tốc xyclơít

17

Hình 1.2

Động cơ-hộp giảm tốc bánh răng con lăn

18

Hình 1.3

So sánh kích thước bao của động cơ - hộp giảm tốc xyclơít và

19

hộp giảm tốc bánh răng trụ thơng thường
Hình 1.4

Một số loại động cơ - Hộp giảm tốc bánh răng con lăn của

20

hãng Hap Dong
Hình 1.5

Một số loại động cơ – Hộp giảm tốc bánh răng con lăn của

21

hãng sumimoto
Hình 1.6

Bánh răng Epixyclơít

22

Hình 1.7

Bánh răng HypơXyclơít

22

Hình 1.8

Cấu tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn

23

Hình 1.9

Khai triển hộp giảm tốc bánh răng con lăn

23

Hình 1.10

Mơ tả ngun lý làm việc của bộ truyền bánh răng con lăn

25

Hình 1.11

Ứng dụng hộp giảm tốc xyclơít kiểu hypơxyclơít trong robot

26

Hình 1.12

Robot Kuka sử dụng hộp giảm tốc Xyclơít của hãng Nabtesco

26

Hình 1.13

Ứng dụng hộp giảm tốc xyclơít trong cơng nghiệp

27

Hình 2.1

Xây dựng đường Epixyclơít

29

Hình 2.2

Đường Epicycloit kéo dài đầy đủ

31

Hình 2.3

Đường bao trong đầy đủ của họ vòng tròn bán kính rc

33

Hình 3.1

Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng con lăn

34

Hình 3.2

Sơ đồ tính góc  i

36

Hình 3.3

Sơ đồ tính bj

37

Hình 3.4

Sơ đồ lực ( FC ) và ( FK ) khi   00

39

Hình 3.5

Biểu đồ lực (F C ) khi θ= 00

40


Hình 3.6

Biểu đồ lực (F K ) khi θ= 00

40

Hình 3.7

Biểu đồ lực (F C ) khi θ= 120

40

Hình 3.8

Biểu đồ lực (F K ) khi θ= 120

40

Hình 3.9

Biểu đồ lực (F C ) khi θ= 240

41

Hình 3.10

Biểu đồ lực (F K ) khi θ= 240

41

Hình 3.11

Biểu đồ lực (F C ) khi θ= 360

41

Hình 3.12

Biểu đồ lực (F K ) khi θ= 360

41

Hình 3.13

Biểu đồ lực (F C ) khi θ= 480

42

Hình 3.14

Biểu đồ lực (F K ) khi θ= 480

42

Hình 3.15

Biểu đồ lực (F C ) khi θ= 600

42

Hình 3.16

Biểu đồ lực (F K ) khi θ= 600

42

Hình 3.17

Đường Biểu diễn đường răng đĩa Epixycloit

45

Hình 3.18

Xác định góc 

46

Hình 3.19

Vị trí các đĩa xyclơít

55

Hình 3.20

Biểu đồ lực

55

Hình 3.21

Kết cấu lắp đoạn trục

58

Hình 3.22

Các kích thước của then bằng

59

Hình 4.1

Lưu đồ tính thiết kế bộ truyền bánh răng con lăn

71

Hình 4.2

Giao diện bắt đầu của chương trình

71

Hình 4.3

Cửa sổ chọn vật liệu

72

Hình 4.4

Cửa sổ chọn các thơng số cơ bản

73

Hình 4.5

Cửa sổ chọn các thơng số trục vào

74

Hình 4.6

Cửa sổ chọn các thơng số trục ra

75

Hình 4.7

Cửa sổ xem trước hình dạng bộ truyền

75


PHẦN I: MỞ ĐẦU
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hộp bánh răng hành tinh kiểu con lăn chủ yếu được chia làm hai loại chính đó
là hộp giảm tốc kiểu Epixyclơít và hộp giảm tốc kiểu Hypơxyclơít. Việc nghiên cứu
chế tạo các loại hộp giảm tốc này có nhiều cơng trình trong và ngồi nước nhưng
chủ yếu là các cơng trình của nước ngoài.
Bộ truyền hộp giảm tốc bánh răng hành tinh con lăn xyclơít thường được ứng
dụng trong các truyền động cơ khí chính xác, so với các hộp giảm tốc thơng thường
hộp giảm tốc xyclơít có độ chính xác, độ bền và tỷ số truyền cao, kích thước nhỏ
gọn, khơng ồn trong q trình làm việc. Do đó, loại hộp giảm tốc này có xu hướng
thay thế các hộp giảm tốc thông thường với những ưu điểm trên loại hộp giảm tốc
này thích hợp cho các thiết bị chính xác như: robot, máy CNC, thiết bị định vị cũng
như các thiết bị tự động hiện đại. Nghiên cứu về họ hộp giảm tốc loại này đã có rất

nhiều cơng trình cơng bố trong những năm qua nhằm tối ưu kích thước động học,
tăng hiệu suất cũng như mơmen, trong đó chủ yếu nghiên cứu về sự hình thành biên
dạng xyclơít với nhiều phương pháp khác nhau như xây dựng phương trình tham số
tổng qt cho họ bánh răng xyclơít, ngồi ra còn một số phương pháp khác như
phương pháp véc tơ đối tiếp, tâm vận tốc tức thời hay phương pháp bao hình ...
Do đó, nghiên cứu vấn đề này là cần thiết và được tiếp tục phát triển nhằm tiến
đến chế tạo các loại hộp giảm tốc có độ chính xác cao khử được khe hở cạnh răng
nhằm ứng dụng cho các máy điều khiển số CNC và robot công nghiệp cũng như các
thiết bị có độ chính xác cao.
II.

MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Đề tài nhằm nghiên cứu hình dạng, thơng số hình học, phương pháp tính tốn

thiết kế. Từ đó dựa trên cơ sở lý thuyết đã xây dựng tiến hành viết chương trình tính
tốn trên phần mềm matlab “BanhrangdiaEpixyclơít” được lập ra để tính tốn các
thơng số của bộ truyền một cách nhanh chóng. Sau khi tính tốn thu được các thơng
số kích thước của bộ truyền bánh răng con lăn chương trình sẽ cho bản vẽ biên dạng

15


đĩa và báo cáo. Vì vậy giúp cho việc thiết kế và chế tạo hộp giảm tốc được nhanh
chóng và chính xác hơn.
III. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
 Đối tượng nghiên cứu đề tài là: “Tính tốn, thiết kế chế tạo hộp giảm tốc bánh
răng con lăn biên dạng Epixyclơít ứng dụng trong các modul quay của robot
cơng nghiệp”
 Phạm vi nghiên cứu:
-

Nghiên cứu nguyên lý hình thành và thành lập phương trình biên dạng
epixyclơít

-

Phân tích lực

-

Viết phần mềm thiết kế, tính tốn bánh răng con lăn trên Matlab

-

Thiết kế và chế tạo thực nghiệm hộp giảm tốc bánh răng con lăn epixyclơít
ứng dụng trong robot cơng nghiệp.

IV. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
-

Nghiên cứu, tổng hợp các tài liệu, các báo cáo trong và ngồi nước có liên
quan đến đề tài.

-

Ứng dụng phương pháp biến đổi ma trận thuần nhất thiết lập phương trình
biên dạng bánh răng.

-

Sử dụng phần mềm Matlab làm cơng cụ tính tốn hổ trợ cho đề tài.

-

Chế tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn epixyclơít.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

V.
-

Ý nghĩa khoa học:
Đề tài góp phần xây dựng phương pháp, trình tự tính tốn thiết kế và chế tạo

hộp giảm tốc bánh răng con lăn epixyclơít ứng dụng trong các máy điều khiển số
CNC và robot công nghiệp cũng như các thiết bị có độ chính xác cao.
-

Ý nghĩa thực tiễn:
Với việc thay thế các hộp giảm tốc sử dụng bánh răng thông thường, khắc

phục các nhược điểm của hộp giảm tốc sử dụng bánh răng thông thường. Về
thực tiễn trong bối cảnh phát triển mạnh về robot cơng nghiệp, tự động hóa sản

16


xuất trong công nghiệp, robot công nghiệp là rất cần thiết khi sử dụng hộp giảm
tốc bánh răng con lăn epixyclơít.

17

PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CHƢƠNG I

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
1.1 Lịch sử phát triển
Bộ truyền bánh răng con lăn được phát triển dựa trên bộ truyền bánh răng chốt
với bánh răng có biên dạng xyclơít hay gọi tắt là bộ truyền xyclơít. Biên dạng
xyclơít đã được một kỹ sư người Đức, ơng Lorenz Braren phát mình vào năm 1931
và được nghiên cứu phát triển cho đến tận ngày nay. Ở Nga đã tiến hành nghiên cứu
bộ truyền này từ năm 1948. Đây là loại bộ truyền cho tỉ số truyền cao, có thể từ 6
đến 65 nhưng lại có kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên do vẫn cịn nhiều hạn chế như
việc xây dựng biên dạng xyclơít và hiệu suất chưa cao do chưa khắc phục được ma
sát trượt hình thành trong bộ truyền khi làm việc.
Đến những năm 80 với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, xu hướng thay dần
ma sát trượt bằng ma sát lăn nhờ bổ xung các con lăn trên các chốt (hình 1.1) và sự
trợ giúp của máy tính thì các nghiên cứu về biên dạng xyclơít mới thực sự hoàn
thiện và một loạt các hộp giảm tốc được ra đời và được áp dụng ngày càng nhiều
trong thực tiễn.
ổ đỡ trục
ra răng Epixyclơít
Bánh
Trục vào
Vành răng chốt con lăn

Vỏ hộp giảm tốc cycloit
Trục ra

Hình 1.1 Bản vẽ mặt cắt hộp giảm tốc xyclơít

18


Ngày nay, khi nền công nghiệp robot ngày càng phát triển yêu cầu đặt ra đối với
hộp giảm tốc có tỉ số truyền lớn, mơmen lớn nhưng kích thước nhỏ gọn thì hộp
giảm tốc xyclơít ngày càng được đưa vào nghiên cứu và phát triển rộng rãi.
Bộ truyền với ăn khớp xyclơít có ý nghĩa lớn lao trong việc giải các bài tốn đặt
ra cho các hệ dẫn động có kích thước nhỏ của các máy được chế tạo có sự tham gia
trực tiếp của động cơ điện lắp với các bộ truyền (hình 1.2). Các động cơ hộp giảm
tốc này có thể được sử dụng trong các ngành cơng nghiệp hóa học, cao su, thực
phẩm và cơng nghiệp robot. Vùng công suất truyền hợp lý nhất của các bộ động cơ
- hộp giảm tốc nằm trong phạm vi 0.5 đến 10 kw. Trong kiểu hộp giảm tốc này, trục
ra và trục vào là đồng trục. Các hộp giảm tốc này cho phép sử dụng với tỉ số truyền
lớn, mỗi cấp từ 8 đến 65. Để nhận được tỉ số truyền từ 65 đến 3600 cần sử dụng các
bộ truyền 2 cấp.

Hình 1.2 Động cơ - hộp giảm tốc bánh răng con lăn
Trong cuộc khảo sát được tiến hành ở Viện thiết kế Quốc gia Leningrat chỉ ra
rằng kích thước bao của hộp giảm tốc xyclơít nhỏ hơn từ 1.5 đến 2 lần kích thước
bao của hộp giảm tốc bánh răng trụ có cùng cơng suất và tỉ số truyền. Trọng lượng
giảm từ 3 đến 4 lần. Để minh họa trên (hình 1.3) mơ tả kích thước của hộp giảm tốc
bánh răng con lăn có cơng suất 4kw, tỉ số truyền là 21 và kích thước bao của động
cơ - hộp giảm tốc bánh răng trụ thường có cùng cơng suất và tỉ số truyền.

19


Hình 1.3
So sánh kích thước bao của động cơ - hộp giảm tốc xyclơít

và hộp giảm tốc bánh răng trụ thơng thường
Ngồi việc giảm trọng lượng của hộp giảm tốc, bộ truyền bánh răng con lăn còn
cho phép sử dụng động cơ điện có số vịng quay cao hơn, khi đó làm tăng hiệu suất
của hệ dẫn động nhờ làm tăng hệ số công suất (tăng hệ số cos  ) và giảm đáng kể
giá thành của thiết bị. Khi lựa chọn động cơ điện quay nhanh không chỉ thu được
giá thành giảm đáng kể, nâng cao hiệu suất và hệ số cos  mà cịn có khối lượng
nhỏ, một động cơ điện 7kW quay 3000 vịng/phút có trọng lượng bằng ½ động cơ
điện quay 750 vịng/phút. Cũng cần nhớ rằng điều kiện tăng tốc của động cơ không
đồng bộ chạy nhanh tốt hơn so với chạy chậm. Hiện nay, với dạng cải tiến mới, thay
ma sát trượt bằng ma sát lăn nhờ các con lăn, đồng thời tạo ra màng dầu tại chỗ tiếp
xúc, hiệu suất 1 bộ truyền theo lý thuyết có thể đạt tới 0.95. Đến nay đã có một số
cơng ty ở các nước trên thế giới đã tiến hành sản xuất thương mại các loại động cơ hộp giảm tốc loại này.

20


1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc
1.2.1 Tình hình ngồi nƣớc
Hiện nay có một số cơ sở và cơng ty nước ngồi đang nghiên cứu và sản xuất bộ
truyền này:
Hãng Hap Dong của Hàn Quốc có hộp giảm tốc kiểu nằm và đứng với:
-

Tỉ số truyền từ 11 đến 7569

-

Cơng suất từ 0,2 đến 30 kw

Hình 1.4 Một số loại động cơ - Hộp giảm tốc

bánh răng con lăn của hãng Hap Dong
Hãng Sumitomo của Nhật ngoài sản xuất kiểu nằm, kiểu đứng cịn có kiểu
nghiêng với:
-

Hộp giảm tốc có thể chịu được sự quá tải lên đến 500 0 0 .

-

Tỉ số truyền một cấp từ 6 đến 119, hai cấp từ 102 đến 7569.

-

Công suất từ 0,03 đến 173 kw.

-

Moment xoắn tới hạn đạt tới 60700 Nm.

21


Hình 1.5 Một số loại động cơ – Hộp giảm tốc bánh răng
con lăn của hãng sumimoto
1.2.2 Tình hình trong nƣớc
Ở Việt Nam cũng đã có một số đơn vị sản xuất loại bộ truyền này, cụ thể là đề
tài KC-05-15 do Viện nghiên cứu cơ khí hợp tác với Trung tâm tự động hóa –
Trường Đại Học Bách Khoa thực hiện. Trong đề tài đó đã chế tạo thành cơng đĩa
xyclơít với phương pháp cắt bao hình bằng dao phay lăn. Tuy nhiên phương pháp
đó khơng linh hoạt đối với các profin và sai số khá nhiều do gặp sự sai lệch ngay từ

khi thiết kế dao.
Gần đây vào năm 2013 đề tài “Tính tốn, thiết kế và chế tạo biên dạng bánh
răng con lăn” của tác giả Nguyễn Ngọc Cường được thực hiện tại trường Đại Học
Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tiến hành gia công thử nghiệm bánh răng con lăn
trên máy phay CNC.
Do đặc điểm ăn khớp của loại bộ truyền này khơng có khe hở cạnh răng nên làm
việc êm, không gây va chạm khi đổi chiều quay. Với khối lượng và kích thước nhỏ
gọn nên được ứng dụng ngày càng nhiều trong các máy hiện đại, đặc biệt thích hợp
để ứng dụng trong robot và các thiết bị có độ chính xác cao.
1.3 Phân loại hộp giảm tốc xyclơít
Dựa trên ngun lý hình thành họ đường xyclơít mà hộp giảm tốc xyclơít chia
thành hai loại. Loại một theo ngun lý hình thành đường Epixyclơít và loại hai dựa
trên ngun lý hình thành đường HypơXyclơít tương ứng ta có hộp giảm tốc
Epixyclơít và HypơXyclơít.

22


Hình 1.6 Bánh răng Epixyclơít

Hình 1.7 Bánh răng HypơXyclơít
1.4 Cấu tạo
Hình 1.8 dưới đây mơ tả cấu tạo chung của hộp giảm tốc bánh răng con lăn
epyxyclơít.
Trong đó: 1. Trục vào
2. Bạc lệch tâm và ổ lăn
3. Đĩa Epyxyclơít
4. Vịng ngoài
5. Con lăn răng chốt

23


6. Chốt trục ra
7. Trục ra

Hình 1.8 Cấu tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn
Cấu tạo bộ truyền bánh răng con lăn gồm 4 nhóm cơ bản (hình 1.8 và 1.9) sau:
-

Trục đầu vào cùng với bạc lệch tâm và ổ lăn.

-

Vành các con lăn răng chốt.

-

Bánh răng xyclơít hay đĩa xyclơít (trong một bộ truyền có thể có 1, 2 hay 3
đĩa xyclơít).

-

Trục đầu ra.

Hình 1.9 Khai triển hộp giảm tốc bánh răng con lăn

24

1.5 Nguyên lý làm việc
Khi trục đầu vào quay làm bạc lệch tâm gắn trên nó quay theo. Bánh răng
xyclơít do lắp trên bạc cũng có xu hướng quay theo nhưng do bánh răng ăn khớp
với các con lăn răng chốt trên vành răng chốt nên bánh răng chỉ lăn hành tinh bên
trong vành răng chốt đồng thời nó cũng tự quay quanh tâm của nó với tốc độ chậm
và theo chiều ngược lại. Do số răng bánh răng xyclơít ít hơn số răng chốt một răng
nên sau mỗi vòng quay của trục vào thì bánh răng xyclơít mới quay quanh tâm của
nó một bước răng. Như vậy, tỉ số truyền đạt được bằng chính số răng của bánh răng
xyclơít. Vận tốc của bánh răng xyclơít được truyền ra trục ra thơng qua các chốt đầu
ra có mang con lăn.
Trên hình 1.8 dưới đây mơ tả ngun lý làm việc của một bộ truyền bánh răng
con lăn. Ban đầu đường thẳng nối tâm trục vào và tâm của bạc lệch tâm tạo với
phương ngang một góc 00 (gọi tắt là trục vào ở 00) (hình 1.8a) thì trục ra cũng ở 00.
Khi trục vào quay được một góc 900 theo ngược chiều kim đồng hồ (hình 1.8b) thì
bánh răng xyclơít quay được một góc 900/i theo chiều kim đồng hồ quanh tâm của
nó, đồng thời kéo trục ra quay theo cũng được một góc 900/i, với i là tỉ số truyền
của bộ truyền được xác định theo công thức:
i

z1
z 2  z1

(1)

Trong đó:
o z1: số răng đĩa xyclơít
o z2: số con lăn (số răng vành răng chốt)
với z2 = z1+1
do đó ta có :

i=z1

(2)
z2
1
z1

z2
1
z112

Hiệu suất bộ truyền:

Trong đó:
o 12 : là hiệu suất truyền động bánh răng

25

(3)


o z1: Số răng đĩa xyclơít
o z2: Số con lăn (số răng vành răng chốt)
Khi trục vào quay được một góc 1800 (hình 1.8c) thì trục ra quay được một
góc 1800/i. Tương tự, khi trục vào quay được một góc 2700 (hình 1.8d) thì trục ra
quay được 2700/i.

Hình 1.10 Mơ tả nguyên lý làm việc của bộ truyền bánh răng con lăn
1.6 Các ứng dụng của hộp giảm tốc xyclơít
Ngày nay, khi nền công nghiệp robot ngày càng phát triển yêu cầu đặt ra đối với

hộp giảm tốc có tỉ số truyền lớn, mơ men lớn nhưng kích thước nhỏ gọn thì hộp
giảm tốc xyclơít ngày càng được đưa vào nghiên cứu và phát triển rộng rãi. Chúng
được sử dụng nhiều trong công nghiệp và đặc biệt là trong Rôbốt và trong các máy
CNC hiện đại.

26