Thiết kế, chế tạo mô hình bộ nghiền răng côn xoắn để nâng cao chất lượng bề mặt răng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
--------------------------------------------

HỒ THỊ TÂN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ NGHIỀN RĂNG CÔN
XOẮN ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT RĂNG.

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ
MÃ SỐ: 60520103

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS HOÀNG VỊ

Thái Nguyên, năm 2016


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi tổng hợp và
nghiên cứu dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Hoàng Vị.
Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Người thực hiện

Hồ Thị Tân


ii

LỜI CẢM ƠN
Bằng tất cả sự kính trọng và chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
tới PGS.TS. Hoàng Vị- người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thuấn - khoa cơ
khí trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên, Ban giám hiệu trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Ban chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau
đại học, Ban giám hiệu trường Cao Đẳng Nghề Việt - Đức Hà Tĩnh đã tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản
luận văn này.
Tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ
tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả
Hồ Thị Tân


iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................ v
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài: ............................................................................... 1
2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài. ........................................................ 2
3. Mục đích của đề tài ....................................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 3

CHƯƠNG 1........................................................................................................... 4
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN XOẮN. .... 4
1.1. Đặc điểm của bộ truyền bánh răng côn xoắn. ........................................... 4
1.1.1. Ưu điểm. .............................................................................................. 4
1.1.2.Hạn chế. ................................................................................................ 5
1.2. Thông số cơ bản của bánh răng côn. .......................................................... 8
1.3. Phân loại bánh răng côn răng xoắn .......................................................... 11
1.4. Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn.......................................... 13
1.4.2. Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn có đường răng dạng
đường thân khai kéo dài. ............................................................................. 16
1.4.3. Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn có đường răng có dạng
Epicycloid.................................................................................................... 17
1.4.4. Quy trình gia công bánh răng côn răng xoắn. ................................... 19
1.5. Kết luận chương 1 .................................................................................... 21
CHƯƠNG 2......................................................................................................... 22
KỸ THUẬT MÀI NGHIỀN VÀ CÔNG NGHỆ MÀI NGHIỀN RĂNG CÔN
RĂNG XOẮN ..................................................................................................... 22
2.1. Kỹ thuật mài nghiền. ................................................................................ 22
2.1.1. Khái niệm mài nghiền. ...................................................................... 22
2.1.2. Đặc điểm của mài nghiền. ................................................................. 22
2.2. Kỹ thuật mài nghiền bánh răng côn răng xoắn. ....................................... 23
2.2.1. Đặc điểm của mài nghiền bánh răng côn răng xoắn. ........................ 23


iv
2.2.2. Đánh giá nhám bề mặt và vết tiếp xúc răng của bộ truyền bánh răng
côn xoắn. ..................................................................................................... 26
2.2.3. Thiết bị mài nghiền bánh răng côn răng xoắn................................... 34
2.3. Kết luận chương 2. ................................................................................... 36
CHƯƠNG 3......................................................................................................... 37

THIẾT KẾ VÀ THÍ NGHIỆM ........................................................................... 37
3.1. Thiết kế mô hình mài nghiền bánh răng côn răng xoắn. .......................... 37
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của bộ truyền .................................................. 37
3.1.2. Đặc tính của mô hình đồ gá mài nghiền............................................ 38
3.2. Đánh giá ảnh hưởng của nguyên công mài nghiền đến độ chính xác của
bộ truyền. ......................................................................................................... 42
3.2.1. Thiết lập mô hình thực nghiệm ......................................................... 42
3.2.2. Kế hoạch thí nghiệm. ........................................................................ 46
3.2.3. Giải bài toán tối ưu đa mục tiêu ........................................................ 48
3.3. Kết luận chương 3 .................................................................................... 54
CHƯƠNG 4......................................................................................................... 56
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ......................................................... 56
4.1. Giới thiệu. ................................................................................................. 56
4.2. Kết quả thí nghiệm .................................................................................. 56
4.3. Xây dựng mô hình hồi quy cho từng hàm mục tiêu................................. 57
4.4. Tối ưu hóa hàm đa mục tiêu ..................................................................... 59
4.4. Kết luận chương 4 .................................................................................... 63
CHƯƠNG 5......................................................................................................... 64
KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ........................ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 65


v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
STT
1
2
3
4
5

6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

Hình 1.1: Các thông số cơ bản của bánh răng côn răng xoắn

Hình 1.2: Spiral bevels
Hình 1.3: Zerol bevel
Hình 1.4: Bộ truyền bánh răng Hypoids
Hình 1.5. Nguyên lý cắt bánh răng côn răng xoắn dạng cung tròn
(Gleason sprial bevel gear).
Hình 1.6 - Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn cong dạng
đường thân khai kéo dài (Klingelnberg sprial bevel gear ).
Hình 1.7- Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn cong dạng
đường Epicycloid (Oerlikon sprial bevel gear)
Hình 1.8: Quy trình gia công bánh răng côn răng xoắn
Hình 2.1 : Sơ đồ các dạng mài nghiền.
Hình 2.2: Sơ đồ mài nghiền răng
Hình 2.3: Hiện tượng trượt theo prophin
Hình 2.4: Hiện tượng trượt theo chiều cao prophin
Hình 2.5: Vết tiếp xúc trên răng của bộ truyền hypoid có xu
hướng mở rông theo chiều cao của prophin răng.
Hình 2.6: Diện tích tiếp xúc răng tiêu chuẩn của bộ truyền bánh
răng côn răng xoắn ở chế độ không tải
Hình 2.7: Vết tiếp xúc điển hình khi bộ truyền chịu tải danh
nghĩa
Hình 2.8: Central toe contact
Hình 2.9: Vết tiếp xúc mong muốn của thiết kế khi bánh răng
chịu tải tối đa
Hình 2.10: Vết tiếp xúc đầu nhỏ của răng
Hình 2.11: tiếp xúc đầu to chân răng
Hình 2.12: Tiếp xúc chéo
Hình 2.13: Tiếp xúc dưới
Hình 2.14: Tiếp xúc trên
Hình 2.15: Tiếp xúc lame
Hình 2.16: Tiếp xúc rộng

Hình 2.17: Tiếp xúc hẹp
Hình 2.18: Tiếp xúc bắc cầu (profile)
Hình 2.19: Tiếp xúc dài
Hình 2.20: Tiếp xúc ngắn
Hình 2.21: Tiếp xúc bắc cầu ( lengthwise )
Hình 2.22: Tiếp xúc Bias-in
Hình 1.23: Tiếp xúc Bias-out
Hình 1.24: Kiểm tra E, P, G
Hình 1.25: Vết tiếp xúc răng khi định vị sai khoảng cách trục[7]

11
12
13
14
14
16
18
20
23
24
25
25
26
27
28
28
28
29
29
29

29
30
30
30
30
30
30
31
31
31
31
32
32


vi
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47

48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64

Hình 1.26: Vết tiếp xúc răng khi định vị sai góc giữa các trục[7]
Hình 1.27: Vết tiếp xúc răng khi định vị sai khoảng khoảng cách
tâm mặt côn của hai bánh răng trong bộ truyền[7]
Hình 2.28: Sơ đồ chuyển động khi nghiền
Hình 2.29: Máy mài nghiền răng hãng gleason
Hình 2.30: Máy nghiền răng Oerlikon T60X [5]
Hình 2.31: Máy nghiền răng Oerlikon Klingelnberg PFSU 1200
HP[6]
Hình 3.1: Bộ truyền bánh răng côn răng xoắn
Hình 3.2: Sơ đồ các chuyển động của mô hình nghiền răng côn
răng xoắn
Hình 3.3: Đặc tính mô hình đồ gá mài nghiền bánh răng côn răng

xoắn
Hình 3.4: Bộ thí nghiệm biến tần
Hình 3.5: Mô hình đồ gá mài nghiền bánh răng côn răng xoắn
Hình 3.6. Mô hình thí nghiệm
Hình 3.7: Bột nhôm ôxit
Hình 3.8: Cặp bánh răng được dùng để thí nghiệm
Hình 3.9: Phương pháp đo chiều dài và chiều rộng vết tiếp xúc
Hình 3.10: Máy đo nhám SJ -400 của hãng Mitutoyo
Hình 3.11: Sơ đồ thí nghiệm Box - Behnken 3 biến[8]
Hình 3.12: Hàm kỳ vọng của bài toán tối đa hóa có trọng số bằng
1
Hình 3.13: Hàm kỳ vọng của bài toán tối đa hóa có trọng số bằng
1
Hình 3.14. Hàm kỳ vọng của hàm mục tiêu đạt giá trị xác định
Hình 3.14: Hàm kỳ vọng của bài toán tối đa hóa với các giá trị
trọng số khác nhau
Hình 3.15: Hàm kỳ vọng của bài toán tối đa hóa với các giá trị
trọng số khác nhau
Hình 3.16: Hàm kỳ vọng của (a) bài toán tối thiểu hóa;(b)bài
toán đạt một giá trị xác định với các giá trị trọng số khác nhau
Hình 4.1: Kết quả sau khi thí nghiệm
Hình 4.2: Các hệ số của mô hình hồi quy hàm mục tiêu Ra
Hình 4.3: Các hệ số của mô hình hồi quy hàm mục tiêu L
Hình 4.4: Các hệ số của mô hình hồi quy hàm mục tiêu L
Hình 4.5: Đồ thị và giá trị tối ưu hóa của Ra
Hình 4.6: Kết quả tìm giá trị L lớn nhất trên phần mềm minitab
Hình 4.7: Kết quả tìm giá trị h lớn nhất trên phần mềm minitab
Hình 4.8: Kết quả tối ưu cho các thông số đầu ra của bộ mài
nghiền

33
33
34
35
35
35
37
38
39
40
40
41
41
43
45
45
48
50
51
52
53
53
53
57
58
58
59
60
60
61

62


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Trong các ngành công nghiệp như chế tạo ô tô, máy kéo, máy công cụ,
trong ngành giao thông vận tải, công nghiệp khai khoáng... Bộ truyền bánh răng
côn răng xoắn ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn bộ truyền bánh răng côn
răng thẳng vì nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: ăn khớp êm, ít tiếng ồn, hệ số
trùng khớp cao, độ bền răng lớn, độ mòn ít, độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ
và có tỉ số truyền lớn. Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng việc gia công,
tạo hình răng côn xoắn rất phức tạp và chỉ được thực hiện trên các máy chuyên
dùng. Do hình dạng răng côn xoắn rất phức tạp nên việc tạo hình răng rất khó
đạt độ chính xác như thiết kế. Chính vì vậy, việc gia công tinh lần cuối bằng
phương pháp mài, mài nghiền trở nên rất quan trọng, đó là công đoạn gia công
sau khi đã tạo hình răng bằng cắt gọt và nhiệt luyện nhằm hiệu chỉnh kích thước
và làm tăng độ chính xác hình học của răng, giảm nhấp nhô, tạo độ bóng của
bề mặt răng, giúp đưa ra kích thước gần như kích thước thiết kế của bánh răng,
đặc biệt mài nghiền (lapping) giảm các nhấ p nhô tế vi, làm tăng diêṇ tích tiế p
xúc cho quá trình ăn khớp răng, nâng cao khả năng tải và tuổ i tho ̣ của bô ̣ truyề n.
Mài nghiền bánh răng côn răng xoắn thường được thực hiện trên các máy
chuyên dùng chính xác cao. Máy mài nghiền được sử dụng phổ biến trong các
dây chuyền sản xuất bánh răng của các nền công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên,
trong điều kiện sản xuất đơn chiếc, nhỏ lẻ ở Việt Nam kỹ thuật mài nghiền răng
gần như chưa được ứng dụng, chưa có cơ sở sản xuất nào có máy mài nghiền
răng côn xoắn. Vì vậy, việc “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH BỘ
NGHIỀN RĂNG CÔN XOẮN ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
RĂNG” làm tiền đề ứng dụng công nghệ gia công tinh răng côn xoắn, nâng

2

cao năng lực thực tế trong thiết kế, chế tạo chi tiết răng trong ngành cơ khí chế
tạo.
2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài.
a. Cơ sở khoa học
Bánh răng côn xoắn có cấu tạo hình học rất phức tạp vì bề mặt răng xoắn
của nó có biên dạng răng là đường thân khai suy biến trong không gian và
đường răng là các đường cong có độ cong thay đổi trong không gian với nhiều
tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo khác nhau. Trong điều kiện kỹ thuật hiện tại, các
nhà chế tạo máy rất khó có thể đưa ra máy công cụ để tạo hình răng côn chính
xác bằng cắt gọt theo yêu cầu thiết kế. Vì vậy, sai số biên dạng và đường răng
trong tạo hình bề mặt răng là hiển nhiên, dẫn đến diện tích tiếp xúc trong quá
trình ăn khớp bé làm chất lượng của bộ truyền bánh răng côn xoắn không đạt
các yêu cầu kỹ thuật. Các nghiên cứu, thử nghiệm nhằm nâng cao diện tích tiếp
xúc trên bề mặt răng cũng như độ bóng trong điều kiện ăn khớp thực luôn là
mối quan tâm của các nhà kỹ thuật. Mài nghiền răng côn xoắn là nhắc lại sự ăn
khớp thực của bộ truyền trong môi trường bột mài nhão, nhằm sửa các sai số
hình học của răng một trong những giải pháp gia công tinh được chọn.
b. Cơ sở thực tiễn
Bánh răng côn răng cong được sử dụng phổ biến trong truyền động và các
hộp truyền lực, trong kỹ thuật công nghiệp, giao thông, quốc phòng…Trong
điều kiện thiết bị kỹ thuật ở Việt Nam, việc sản xuất bánh răng côn răng cong
chủ yếu là gia công bằng phay, bào bao hình trên các máy chuyên dùng, sau đó
qua gia công nhiệt và không có gia công tinh bằng mài hoặc nghiền vì không
có thiết bị đồng bộ. Vì quy mô sản xuất bé, chế tạo bánh răng côn xoắn chủ
yếu cung cấp phụ tùng đơn chiếc cho công tác sửa chữa, thay thế. Do đó, ít có
cơ sở sản xuất hay nhà máy đầu tư công nghệ, kỹ thuật cao trong lĩnh vực chế

3

tạo bánh răng côn xoắn. Vì vậy, việc chế tạo thử nghiệm thiết bị mài nghiền,
thí nghiệm công nghệ nghiền răng côn xoắn, góp phần hoàn thiện công nghệ
gia công bánh răng côn răng xoắn, mở ra hướng ứng dụng nâng cao chất lượng
tạo hình bề mặt răng, tăng giá trị và độ tin cậy của sản phẩm trong sản xuất
thực tiễn.
3. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu tổng quan công nghệ gia công tạo hình răng côn xoắn.
- Thiết kế mô hình thiết bị nghiền răng cho bộ truyền bánh răng côn xoắn
sau khi gia công nhiệt.
- Đánh giá công nghệ nghiền theo mô hình thí nghiệm, để nâng cao độ
chính xác bề mặt và diện tích tiếp xúc của răng côn xoắn.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phân tích, chọn giải pháp công nghệ;
- Thiết kế thí nghiệm, kiểm nghiệm
5. Nội dung nghiên cứu.
Chương 1: Tổng quan về công nghệ gia công bánh răng côn răng xoắn.
Chương 2: Kỹ thuật mài nghiền và công nghệ mài nghiền răng côn răng
xoắn
Chương 3: Thiết kế và xây dựng kế hoạch thí nghiệm
Chương 4: Đánh giá kết quả thực nghiệm.
Chương 5: Kết luận và định hướng nghiên cứu tiếp theo.


4

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN
XOẮN.
1.1. Đặc điểm của bộ truyền bánh răng côn xoắn.
Trong kỹ thuật, bộ truyền bánh răng côn được dùng để truyền động giữa
hai trục giao nhau hoặc chéo nhau trong không gian.
Bánh răng côn xoắn được sử dụng ngày càng nhiều hơn so với bánh răng
côn thẳng và được sử dụng trong hầu khắp các lĩnh vực kỹ thuật như: máy công
cụ, các thiết bị giao thông vận tải, hàng không, các thiết bị khai khoáng, trong
nghành xi măng, công nghiệp giấy …vì những ưu điểm nổi bật của nó.
1.1.1. Ưu điểm.
- Có khả năng truyền lực lớn vì tỷ số truyền động có thể nhỏ hơn 1:10
nhưng thông thường là bộ truyền bánh răng côn răng xoắn người ta sử dụng
trong phạm vi tỷ số truyền từ 1 đến 1:8, kích thước bộ truyền nhỏ, khả năng tải
cao. Vì vậy bộ truyền bánh răng côn xoắn được lựa chọn làm cơ cấu truyền
động đòi hỏi truyền lực lớn và vận tốc tryền động cao.
- Kích thước nhỏ gọn, độ bền cao do hệ số trùng khớp khi truyền động
lớn.
- Ăn khớp êm, kết cấu cứng vững nên bộ truyền bánh răng côn răng xoắn
giảm tiếng ồn rất lớn so với bánh răng côn răng thẳng.
- Do răng cong, hệ số trùng khớp lớn nên độ bền răng và tuổi thọ của răng
cao, vì vậy, so với bánh răng côn răng thẳng khi cùng truyền một công suất thì
kích thước và trọng lượng của bộ truyền bánh răng côn răng xoắn nhỏ hơn.
-Độ mòn của bánh răng ít, sự mòn của cặp biên dạng đối tiếp đồng đều.
Về gia công bánh răng côn răng xoắn cũng có một số ưu điểm:
-Không bị cắt chân răng khi số răng nhỏ (Zmin=5 răng).


5

-Năng suất cao vì có chuyển động cắt liên tục.

-Phạm vi gia công rộng với bánh răng có mô đun từ 0,2÷15mm.
-Đối với dạng răng cung tròn có thể mài răng.
1.1.2.Hạn chế.
Tuy có nhiều ưu điểm như vậy nhưng bánh răng côn răng xoắn cũng có
một số hạn chế sau:
- Chế tạo khó vì hình học của bề mặt răng rất phức tạp. Trong kỹ thuật tạo
hình răng,việc chế tạo bánh răng côn xoắn hoàn toàn phụ thuộc vào các máy
chuyên dùng của các hãng, đặc biệt mỗi hãng có tiêu chuyển riêng nên bánh
răng côn xoắn chỉ có tính đổi lẫn chức năng cục bộ trong phạm vi của các hãng
đó.
- Đường răng của bánh răng côn xoắn được bố trí trên bề mặt nón là một
đường cong bậc cao nên rất khó gia công tinh bằng mài.
- Thiết bị của máy gia công côn xoắn vừa phức tạp cho điều chỉnh vừa đắt
tiền vì vậy trong sản xuất đơn chiếc, gia công bánh răng côn xoắn có giá thành
rất cao, đặc biệt khi bánh răng có yêu cầu độ chính xác cao.
-Lực chiều trục của truyền động bánh răng côn răng xoắn lớn hơn so với
truyền động bánh răng côn răng thẳng do đó gây khó khăn cho việc thiết kế ổ.
-Tính toán thiết kế phức tạp hơn so với bánh răng côn răng thẳng.
-Thiết bị để chế tạo bánh răng côn răng xoắn đắt tiền.
-Việc tính toán điều chỉnh máy phức tạp đòi hỏi phải có kỹ thuật viên và
công nhân có trình độ và tay nghề cao.
Mặc dù tồn tại một số nhược điểm trên song ưu điểm của bánh răng côn
răng xoắn vẫn là chủ yếu.Mặt khác sự giúp đỡ của tiến bộ khoa học kỹ thuật
các nhược điểm trên sẽ dần được khắc phục.Vì vậy, phạm vi sử dụng của bánh
răng côn răng xoắn ngày càng rộng rãi.
1.1.3. Độ chính xác của bộ truyền bánh răng côn


6

Độ chính xác của bánh răng côn với các môđun m =1÷ 30mm và đường
kính vòng chia ≤ 2000 mm được đánh giá theo tiêu chuẩn nhà nước TCVN.
Theo tiêu chuẩn này độ chính xác của bánh răng côn chia ra 12 cấp chính xác
khác nhau từ 1 ÷12, trong đó cấp 1là chính xác nhất, cấp 12 là kém chính xác
nhất. Tuy nhiên việc chế tạo bánh răng côn có độ chính xác cao khó hơn so với
bánh răng trụ cho nên độ chính xác của bánh răng côn chỉ được quy định cho
các cấp chính xác từ 5 tới 11.
Độ chính xác động học: độ chính xác này được đánh giá bằng sai số góc
quay của bánh răng sau một vòng. Sai số này là do sai số của hệ thống công
nghệ gây ra.
Chỉ tiêu tổng hợp của độ chính xác động học của bánh răng côn là sai số
động học của bánh răng FΣ. Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:
- Sai số tích lũy bước vòng tΣ.
- Độ đảo vành răng eo.
- Sai số bao hình φΣ.
- Dao động khe hở mặt bên Cu.
- Dao động góc tâm φu.
Độ chính xác này rất quan trọng đối với các truyền động có tính đến góc
quay như truyền động phân độ của các máy cắt răng hoặc các cơ cấu đo đếm ...
- Độ ổn định khi làm việc: 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 răng bánh răng.
Chỉ tiêu tổng hợp của độ ổn định khi làm việc là sai số chu kỳ F. Các
thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:
- Sai số bước vòng tc.
- Sai số của hiệu các bước vòng t.
- Dao động góc tâm trên một răng γφu.


7

Độ ổn định khi làm việc đặc trưng cho độ ổn định của tốc độ quay của bộ
truyền động trong một vòng quay của bánh răng. Dao động của tốc độ quay sẽ
gây ra tải trọng động, rung động và tiếng ồn của bộ truyền.
Độ chính xác này rất quan trọng đối với bộ truyền lực làm việc với tốc độ
lớn .
Độ chính xác tiếp xúc: độ chính xác tiếp xúc được đánh giá bằng vết tiếp
xúc (diện tích và hình dáng) của prôfin răng theo chiều dài, chiều cao và được
biểu diễn bằng %. Các thành phần của chỉ tiêu này bao gồm:
- Độ không giao nhau giữa các đường tâm a.
- Lượng xê dịch của đỉnh côn chia K.
Độ chính xác tiếp xúc ảnh hưởng đến mức độ tập trung tải trọng trên các
vùng khác nhau của bề mặt răng, ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của bộ
truyền. Độ chính xác này rất quan trọng đối với các bộ truyền có tải trọng lớn
và tốc độ thấp .
- Độ chính xác khe hở mặt bên: khe hở mặt bên là khe hở giữa các cạnh
răng trong bộ truyền (bánh răng càng lớn thì khe hở mặt bên càng lớn). Chỉ tiêu
tổng hợp của khe hở mặt bên là lượng mỏng của răng S. Các thành phần của
chỉ tiêu này bao gồm;
- Sai số giới hạn của góc tâm φu.
- Sai số góc tâm φn.
Khe hở mặt bên được xác định không phải bằng mức độ chính xác của bộ
truyền mà bằng công dụng và điều kiện sử dụng của nó. Đối với các điều kiện
sử dụng của bộ truyền, trước hết phải kể đến điều kiện nhiệt độ khi làm việc và
độ an toàn cho bộ truyền. Ví dụ, với các bộ truyền có tính đến góc quay cần có
khe hở mặt bên nhỏ, còn với các bánh răng trong các turbin tốc độ cao lại cần
có khe hở mặt bên lớn.


8

Xuất phát từ đó, người ta quy định 4 cấp khe hở mặt bên của bộ truyền
như sau:
+ Khe hở bằng 0.
+ Khe hở nhỏ.
+ Khe hở trung bình.
+ Khe hở lớn.
Trong đó, bộ truyền có khe hở trung bình được sử dụng rộng rãi nhất.
1.2. Thông số cơ bản của bánh răng côn.
Các thông số chính của bánh răng côn (Bảng 1.1) được xác định ở tiết
diện của răng bằng mặt phẳng côn phụ trợ có tâm trùng với tâm của bánh răng
côn và các đường sinh vuông góc với các đường sinh của mặt côn chia.
Các mặt côn có cùng đỉnh O (Hình 1.1) gọi là côn đỉnh và côn đáy. Các
góc giữa các đường sinh mặt côn và tâm bánh răng gọi là góc đỉnh e và góc
đáy i. Các góc giới hạn đầu răng và chân răng gọi là góc đỉnh răng ’ và góc
chân răng ’’.
Góc giữa đường sinh của mặt côn phụ trợ và đường tâm bánh răng gọi là
góc côn phụ . Góc giữa đường sinh và đường tâm của mặt côn chia gọi là góc
côn chia 1, và 2. Góc  giữa các đường tâm của bánh răng gọi là góc tâm (
100 ÷ 1700 ). Cặp bánh răng côn có góc  = 900 được sử dụng rộng rãi nhiều
nhất.
Khi  = 900 thì tg 1 =

𝑍1
𝑧2

; tg 2 =

𝑍2
𝑧1

; 2 = 900 - 1

(1: là góc côn chia của bánh răng nhỏ
2 : Là góc côn chia của bánh răng lớn
Z1: Là số răng của bánh răng nhỏ
Z2: Là số răng của bánh răng lớn )
Bảng 1.1: Thông số bánh răng côn (không dịch chỉnh)


9

STT Tên gọi

Đơn

Ký

vị

Hiệu

Công thức

1

Mô đun mặt đầu

Mm

ms

Chọn theo tiêu chuẩn

2

Bước mặt đầu

Mm

ts

ts = ms. 

3

Số răng của bánh răng chủ

Răng

Z1

Chọn theo kết cấu

Răng

Z2

Nếu Z<17, bánh răng

động
4

Số răng của bánh bị động

cần dịch chỉnh
5

Góc côn vòng chia của bánh

Độ

1

𝑍1

tg 1 =

𝑧2

răng chủ động (khi  = 900)
6

Góc côn vòng chia của bánh

Độ

2

Độ

1

tg1 =

Độ

2

tg2 =

răng bị động (khi  = 900)
7

Góc côn vòng chia của bánh

tg 2 =

𝑍1. 𝑠𝑖𝑛
𝑧2 +𝑍1. 𝑐𝑜𝑠

răng chủ động (khi   900)
8

Góc côn vòng chia của bánh

𝑍2
𝑧1

răng bị động (khi   900)

𝑍2. 𝑠𝑖𝑛
𝑧1 +𝑍2. 𝑐𝑜𝑠

9

Góc tâm

Độ



 = 1 + 2

10

Đường kính vòng chia

mm

d

D = ms.Z

11

Đường kính vòng đỉnh

mm

De

De= ms(Z+2cos)

12

Chiều cao răng

mm

h

H = 2,25 ms

13

Chiều cao đầu răng

mm

h’

h’=ms

14

Chiều cao chân răng

mm

h’’

h’’=2,25ms

15

Khe hở hướng kính

mm

c

C=0,25 ms

16

Góc đầu răng

Độ

’

tg’=

17

Góc chân răng

Độ

’’

tg’’=

𝑚𝑠
𝐿
1,25𝑚𝑠
𝐿


10

𝑚𝑠 𝑧1

18

Chiều dài nón

mm

Le

Le =

19

Góc côn đỉnh

Độ

e

e = +’

20

Góc côn đáy

Độ

i

i =  - ’’

21

Góc côn phụ

Độ



 = 900 - 

22

Chiều dày răng trên vòng

mm

s

mm

sx

2.𝑠𝑖𝑛1

=

𝑚𝑠 𝑧2
2.𝑠𝑖𝑛2

chia
23

Chiều dày theo dây cung cố
định

24

Chiều dày răng

mm

B

25

Khoảng cách từ đỉnh nón tới

mm

K1

B≤0,35Le

gờ của nón
26

Tỷ số truyền

i12

𝑖12 =

𝜔1 𝑧2 𝑟2
= =
𝜔2 𝑧1 𝑟1
=

27

Góc xoắn

Độ

βm

28

Góc ăn khớp

Độ

α

𝑠𝑖𝑛𝜑2
𝑠𝑖𝑛𝜑1

Chọn theo kết cấu


11

O2

De

2

h

d2

=m
s.z
2

 e2

 i2

c

2

1



c

 e1

ms ms

O

a





 i1

d 1=

ms
De

.z 1

 ''
'
K1

O1

1

B



Rm

Le

n

Rm

Hình 1.1: Các thông số cơ bản của bánh răng côn răng xoắn
1.3. Phân loại bánh răng côn răng xoắn
* Dựa vào vị trí các trục bánh răng, bánh răng côn răng xoắn có hai loại
[2]:
- Bánh răng công răng xoắn thường:
Loại bánh răng côn xoắn này có các trục giao nhau, được phân thành hai
loại: Bánh răng côn răng xoắn có góc xoắn của răng lớn hơn 10 độ ( Hình 1.2 )
(Spiral bevels) và bánh răng côn răng xoắn có góc xoắn của răng nhỏ hơn 10

độ (Zerol bevels) ( hình 1.3)


12

Hình 1.2: Spiral bevels

Hình 1.3: Zerol bevel

- Bánh răng côn răng xoắn Hypoids (hình 1.4).

l
Hình 1.4: Bộ truyền bánh răng Hypoids
Bộ truyền bánh răng côn răng xoắn thường có góc xoắn lớn hơn 10 độ
truyền động tốt hơn so với bộ truyền bánh răng côn răng thẳng và bánh răng
côn răng xoắn có góc xoắn nhỏ, vì vậy bộ truyền này làm giảm tiếng ồn, rung
động và truyền động ở tốc độ cao, có thể lên tới vận tốc 40 m/s ( tốc độ của bộ
truyền bánh răng côn răng thẳng là 5m/s). Bộ truyền bánh răng Hypoids giống
như bộ truyền bánh răng côn răng cong thường nhưng các trục của bánh răng
lệch nhau một khoảng e.
* Dựa vào đường răng của bánh răng dẹt sinh đối tiếp với bánh răng côn
xoắn, có thể phân loại:


13

- Bánh răng côn răng xoắn có đường răng dạng cung tròn. Loại này được
tiêu chuẩn hoá và được chế tạo trên máy của các hãng Gleason (USA), Xaratop
(Nga)…;
- Bánh răng côn răng xoắn có đường răng là dạng đường thân khai kéo

dài, được tiêu chuẩn hoá và chế tạo trên máy của hãng Klingelnberg (Cộng hòa
Liên bang Đức).
- Bánh răng côn răng xoắn với đường răng dạng Epicycloid, được tiêu
chuẩn hoá và chế tạo trên máy của hãng Oerlicon ( Thụy Sĩ ).
Trong ba loại bánh răng côn răng xoắn kể trên, bánh răng côn răng cong
dạng đường thân khai kéo dài và đường Epicycloid ( thường được gia công bởi
các hãng Klingelnberg, Oerlikon ) có ưu điểm độ chính xác cao, cho phép làm
việc ở tốc độ lớn và độ ồn thấp hơn so với bánh răng côn răng cong dạng cung
tròn ( được gia công bởi hãng Gleason ). Nhưng, hạn chế của hai loại bánh răng
này là : chế tạo máy và dụng cụ gia công rất phức tạp, năng suất gia công thấp,
giá thành sản phẩm cao và khó ứng dụng công nghệ cao trong điều khiển máy
gia công.
1.4. Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn
Nếu trên bánh dẹt sinh có một vòng tròn bán kính Ra luôn luôn lăn không
trượt với một vòng tròn bán kính rs trên đầu dao thì quỹ đạo chuyển động tương
đối của một lưỡi cắt sẽ vạch trên bánh dẹt sinh một đường cong.
- Khi rs = 0, ta có đường cung tròn, hay sẽ được bánh răng côn dạng cung
tròn. Loại này có chiều cao răng thay đổi từ mặt mút lớn.
- Khi rs = 0, ta có đường cong epixicloid, hay sẽ được bánh răng côn dạng
epixicloid. Loại này có chiều cao răng không đổi.
- Khi rs = ∞, ta có đường thân khai, hay sẽ được bánh răng côn dạng cung
thân khai.


14

Việc chế tạo bánh răng côn răng xoắn đòi hỏi phải có thiết bị phức tạp,
chuyên dùng nhưng do có thể cắt được liên tục nên năng suất đạt được cao và
được gia công bằng ba nguyên lý cơ bản [1]:
1.4.1. Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn có đường răng dạng

cung tròn.
Hiện nay, loại bánh răng côn dạng cung tròn được sử dụng phổ biến. Gia
công loại này được thực hiện trên máy Gleason bằng phương pháp bao hình với
đầu dao phay. Nguyên lý làm việc của máy dựa trên sự ăn khớp (hay lăn) giữa
bánh dẹt sinh với bánh răng gia công. Bánh răng côn răng xoắn dạng cung tròn
(sprial bevel gear ) được dựa theo nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa bánh răng
dẹt sinh tưởng tượng (do chuyển động của dao tạo nên) và phôi bánh răng gia
công (Hình 1.5). Dụng cụ cắt là dao phay chuyên dụng, răng dao trên mặt đầu
được tiêu chuẩn hoá theo số hiệu và module. Khi cắt răng, đầu dao cắt sẽ thực
hiện đồng thời các chuyển động tạo hình phức tạp:

Hình 1.5. Nguyên lý cắt bánh răng côn răng xoắn dạng cung tròn (Gleason
sprial bevel gear).


15

- Chuyển động quay quanh trục O (theo chiều S1) là chuyển động của bánh
dẹt sinh;
- Chuyển động quay quanh trục đầu dao Of với vận tốc cắt V [m/phút]
(theo chiều S2). Chuyển động S2 là chuyển động cắt chính và tạo hình dọc theo
chiều dài răng. Ngoài ra phôi bánh răng côn còn chuyển động quay S3 quanh
trục của nó, chuyển động này phải phù hợp với chuyển động S1 để bao hình
biên dạng răng . Mối liên hệ động học này được điều chỉnh và thực hiện thông
qua xích bao hình của máy. Nếu bánh dẹt sinh chuyển động với vận tốc góc ωd
và bánh răng được cắt ωk, mối quan hệ động học giữa chúng được viết :
𝑖𝑏ℎ =

𝜔𝑑
𝜔𝑘

=

𝑍𝑑
𝑍𝑘

(k = 1,2)

Trong đó :
Zd - số răng của bánh dẹt sinh;
zk -số răng của bánh răng 1 hoặc 2 (chủ động, bị động);
ibh - tỷ số truyền chung của xích bao hình.
Trong quá trình gia công, Giá mang dao (bánh dẹt sinh) thực hiện chuyển
động quay lắc theo chu kỳ gia công một rãnh răng: quay chậm để cắt bao hình
tiếp đến đảo chiều quay nhanh để chạy không.
Sau mỗi chu kỳ gia công xong một rãnh răng, giá lắc đảo chiều quay về vị
trí ban đầu, bánh răng được cắt thực hiện phân độ liên tục và chuẩn bị chu kỳ
gia công mới, cứ như thế cho đến khi gia công xong toàn bộ các rãnh răng.
Theo nguyên lý gia công này, do hạn chế không khắc phục được của cấu
tạo của đầu dao và kết cấu máy chỉ thoả mãn nguyên lý ăn khớp với bánh dẹt
sinh vì vậy, sẽ xuất hiện sai số đường răng và biên dạng răng.


16

1.4.2. Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn có đường răng dạng
đường thân khai kéo dài.
Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn dạng đường thân khai kéo
dài (Klingelnberg sprial bevel gear) khác với nguyên lý gia công bánh răng côn
răng xoắn dạng cung tròn cơ bản là sử dụng đầu dao phay lăn dạng côn làm

việc theo nguyên lý bao hình liên tục. Bánh răng có chiều cao răng không đổi
trên toàn bộ chiều rộng vành răng.
Chế tạo bánh răng côn răng xoắn dạng đường thân khai kéo dài dựa trên
nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa bánh dẹt sinh tưởng tượng (giá lắc mang
dao) đóng vai trò là dao phay và bánh răng đóng vai trò là phôi ( Hình 1.6 ).
Để tạo hình bánh răng côn răng xoắn dạng đường thân khai kéo dài dao
phay trục vít thực hiện chuyển động S3 quay quanh trục của nó tạo ra tốc độ cắt
gọt và tạo hình đường răng, đầu dao thêm chuyển động phụ S1 để dao phay trục
vít lăn trên mặt côn bánh dẹt sinh. Bánh dẹt quay quanh trục tâm máy với
chuyển động S4. Bánh răng chuyển động quanh trục của nó S2.

Hình 1.6 - Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn cong dạng đường thân
khai kéo dài (Klingelnberg sprial bevel gear ).


17

Để tạo hình biên dạng răng của bánh răng máy cần phải thực hiện các
mối liên kết động học giữa các khâu chấp hành:
* Mối liên hệ động học giữa Dụng cụ cắt - bánh dẹt sinh :
Nếu gọi vận tốc góc đầu dao ωn , ωd - vận tốc góc của bánh dẹt sinh; k -số đầu
mối của dao phay trục vít ta có :
𝜔𝑑
𝑘
=
→ 𝑘. 𝜔𝑛 = 𝑍𝑑 . 𝜔𝑑
𝜔𝑛 𝑍𝑑
* Mối liên hệ động học giữa bánh dẹt sinh - giá lắc
𝜔𝑛
𝜔𝑑𝑘 = 𝜔𝑑 + 𝜔𝑘 =

+ 𝜔𝑘
𝑍𝑑
Trong đó:
ωdk - vận tốc góc tương đối giữa bánh dẹt sinh và giá lắc;
ωk - vận tốc góc giá lắc.
Theo nguyên lý gia công này, đường răng chính xác hơn vì do cấu tạo
của dao trục vít rất phức tạp và kết cấu máy thoả mãn đồng thời nguyên lý ăn
khớp với bánh dẹt sinh và dẹt đỉnh có chiều cao chân răng không đổi vì vậy sẽ
xuất hiện sai số biên dạng răng trên suốt chiều dài đường răng và rất khó cho
việc tạo hình răng bằng mài.
1.4.3. Nguyên lý gia công bánh răng côn răng xoắn có đường răng có dạng
Epicycloid.
Đây là loại bánh răng côn răng xoắn có dạng đường cong Epicycloid,
(Oerlikon sprial bevel gear) chiều cao răng không thay đổi trên toàn bộ vành
răng. Nguyên lý chế tạo được thể hiện ở hình 1.7. Đây là phương pháp chế tạo
bánh răng côn răng xoắn được tiến sỹ B.Mammano phát minh ở Ý vào năm
1936.


18

Hình 1.7- Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn cong dạng đường
Epicycloid (Oerlikon sprial bevel gear)
Tưởng tượng rằng một đường tròn trên đó có gắn chặt các profin cơ bản
của bánh răng với đường tròn cơ sở K0.
Trên bánh dẹt có các đường xoắn theo dạng đường Epicycloid profin
thẳng trong mặt phẳng pháp tuyến. Trên đầu dao bố trí các nhóm dao cắt mặt
lồi và mặt lõm biên dạng răng.
Bánh dẹt sinh chuyển động quay quanh trục tâm máy (S 1,S1*); chuyển
động tạo ra tốc độ cắt gọt của đầu dao (S2,S2*).

Chuyển động của phôi quanh trục của nó (S3,S3*). Với chiều chuyển động
của phôi, dao, bánh dẹt sinh phù hợp cho ta các dạng răng Êpicicloit.
Để tìm mối liên hệ động học giữa các cơ cấu chấp hành, giả thiết rằng trục
On không chuyển động, đầu dao cùng với đường tròn K 0 quay quanh On và
mang đường tròn K0 quay quanh tâm Sd , quan hệ chuyển động giữa đầu dao bánh dẹt sinh có thể viết:

𝜔𝑑
𝜔2

=

𝑛
𝑍𝑑

Trong đó: n - số nhóm dao trên đầu dao.