Nghiên cứu tạo hình đôi động học trục vít – dụng cụ gia công và ứng dụng để chế tạo trục vít máy nén khí

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình đƣợc thực
hiện tại Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ công nghiệp, Trƣờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội dƣới sự hƣớng dẫn của GS. TSKH. NGND Bành Tiến Long và TS. Lê Thanh Sơn.
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố
trong bất kì công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng

năm 2017

TẬP THỂ HƢỚNG DẪN
Ngƣời hƣớng dẫn

Ngƣời hƣớng dẫn

Khoa học 1

Khoa học 2

GS.TSKH.NGND. Bành Tiến Long

TS. Lê Thanh Sơn

Ngƣời cam đoan

Nguyễn Thanh Tú

i


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi
đã nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo, cô giáo và tập thể
nghiên cứu khoa học.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến GS.TSKH.NGND. Bành Tiến Long và
TS. Lê Thanh Sơn – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, là những ngƣời đã tận tình
hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Bộ môn Gia công vật liệu và
Dụng cụ công nghiệp đã giảng dạy, chỉ bảo, góp ý và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành
luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo
trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian
và vật chất để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em nghiên cứu sinh, cao học và sinh viên các
khóa thuộc Bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ cắt công nghiệp – Trƣờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội đã hết lòng hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn bè đã thực
sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại Trƣờng Đại học Bách Khoa
Hà Nội.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Nghiên cứu Sinh

Nguyễn Thanh Tú

ii

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.......................................................... vii
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRỤC VÍT MÁY NÉN KHÍ ............................................ 5
1.1 Giới thiệu tổng quan về máy nén khí .......................................................................... 5
1.1.1 Giới thiệu về máy máy nén khí kiểu trục vít ....................................................... 5
1.1.2 Các loại biên dạng trục vít máy nén khí phổ biến hiện nay ................................ 6
1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trục vít Cycloid trên thế giới ................................... 11
1.2.1 Tình hình nghiên cứu tạo hình biên dạng của trục vít ....................................... 11
1.2.2 Tình hình chế tạo trục vít cycloid trên thế giới hiện nay .................................. 18
1.3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trục vít ở Việt Nam .......................................... 19
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trục vít ở Việt Nam ....................................................... 19
1.3.2. Tình hình chế tạo trục vít Cycloid ở Việt Nam ................................................ 20
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ............................................................................................... 21
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO HÌNH BỘ ĐÔI ĐỘNG HỌC TRỤC VÍT –
DỤNG CỤ GIA CÔNG ....................................................................................................... 22
2.1. Cơ sở lý thuyết tạo hình bề mặt trục vít Cycloid ..................................................... 22
2.1.1 Đƣờng Cycloid trong kỹ thuật........................................................................... 22
2.1.2 Nguyên lý tạo hình bề mặt trục vít Cycloid ...................................................... 23
2.2 Cơ sở lý thuyết tạo hình bề mặt Dụng cụ cắt ............................................................ 28
2.2.1 Phƣơng pháp gia công định hình ....................................................................... 28
2.2.2 Phƣơng pháp gia công bao hình ........................................................................ 29
2.3 Các phƣơng pháp truyền thống xác định mặt khởi thuỷ ........................................... 31
2.3.1 Phƣơng pháp đồ thị ........................................................................................... 33
iii

2.3.2 Phƣơng pháp Giải tích ....................................................................................... 34
2.3.3 Phƣơng pháp Động học ..................................................................................... 35
2.3.4 Phƣơng pháp mặt cắt ......................................................................................... 36
2.4 Các Điều kiện tạo hình bề mặt khi gia công ............................................................. 37
2.4.1 Điều kiện cần để tồn tại bề mặt khởi thủy K của Dụng cụ................................ 37
2.4.2 Điều kiện đủ để tồn tại bề mặt khởi thủy K của Dụng cụ ................................. 38
2.5. Phƣơng pháp thiết kế ngƣợc để tạo hình trục vít Cycloid ...................................... 38
2.5.1. Giới thiệu về công nghệ thiết kế ngƣợc ........................................................... 38
2.5.2. Qui trình công nghệ thiết kế ngƣợc .................................................................. 39
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ............................................................................................... 41
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CẶP TRỤC VÍT MÁY NÉN KHÍ .................. 42
3.1 Phƣơng pháp thiết kế thuận truyền thống ................................................................. 42
3.2 Phƣơng pháp thiết kế ngƣợc ..................................................................................... 44
3.2.1 Nguyên lý thiết kế ngƣợc điển hình ................................................................. 44
3.2.2 Thực nghiệm tạo dữ liệu thiết kế ngƣợc cho cặp trục vít máy nén khí ........... 46
3.2.2.1. Trang thiết bị và phần mềm được sử dụng để tạo dữ liệu thiết kế ngược ..... 46
3.2.2.2. Tiến hành thực nghiệm và kết quả ................................................................ 47
3.3 Phƣơng pháp thiết kế hỗn hợp .................................................................................. 49
3.3.1 Phân tích dữ liệu gốc và tham số hoá biên dạng trục chủ động ........................ 50
3.3.1.1. Phân tích dữ liệu gốc .................................................................................... 50
3.3.1.2. Tham số hoá biên dạng trục chủ động .......................................................... 50
3.3.2 Xác định tự động biên dạng đối ứng của trục bị động ...................................... 53
3.3.3 Tạo mô hình 3D chính xác của cặp trục vít....................................................... 56
3.3.4 Kiểm tra độ chính xác của mô hình thiết kế 3D ................................................ 57
3.3.4.1. Kiểm tra sự tiếp xúc của hai biên dạng trên các tiết diện khác nhau .......... 57
3.3.4.2. Kiểm tra mặt xoắn vít bằng ràng buộc tiếp xúc trong INVENTOR .............. 58
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ............................................................................................... 61
iv

CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT KHỞI THUỶ DỤNG CỤ DẠNG ĐĨA
GIA CÔNG MẶT VÍT CYCLOID ..................................................................................... 62
4.1 Động học tạo hình dụng cụ dạng đĩa gia công mặt vít ............................................. 62
4.2 Nghiên cứu đề xuất phƣơng pháp xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công
mặt vít ............................................................................................................................. 63
4.2.1. Phƣơng pháp mặt cắt ........................................................................................ 63
4.2.1.1 Phương pháp CAD 3D ................................................................................... 64
4.2.1.2 Phương pháp lập trình tính toán giao của mặt bất kỳ với mặt xoắn vít ........ 65
4.2.2. Phƣơng pháp sử dụng toán tử Boolean ............................................................ 68
4.3 Thực nghiệm xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công cặp trục vít máy
nén khí............................................................................................................................. 69
4.4. Kiểm tra độ chính xác của mặt khởi thuỷ dụng cụ ................................................. 72
4.4.1. Kiểm tra độ tiếp xúc của dụng cụ và chi tiết .................................................... 72
4.4.1.1 Kiểm tra dụng cụ gia công trục chủ động ...................................................... 72
4.4.1.2 Kiểm tra dụng cụ gia công trục bị động......................................................... 73
4.4.2. Kiểm tra độ chính xác của dụng cụ bằng mô phỏng gia công ......................... 74
KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ............................................................................................... 77
CHƢƠNG 5. THỰC NGHIỆM GIA CÔNG CẶP TRỤC VÍT CYCLOID VỚI CÔNG
NGHỆ CAD/CAM/CNC ..................................................................................................... 78
5.1 Thực nghiệm gia công cặp trục vít số 01 .................................................................. 78
5.1.1 Tạo chƣơng trình gia công CNC cho cặp trục vít mẫu 01 ................................ 78
5.1.2 Quy trình gia công trên máy CNC .................................................................... 91
5.1.3 Đánh giá độ chính xác bề mặt cặp trục vít số 01 so với bề mặt trục vít thiết kế
ngƣợc thuần túy .......................................................................................................... 93
5.2 Thực nghiệm gia công cặp trục vít số 02 .................................................................. 94
5.2.1 Tạo chƣơng trình gia công CNC cho cặp trục vít mẫu 02 ................................ 94
5.2.2 Quy trình gia công trên máy CNC .................................................................... 95

v

5.2.3 Đánh giá độ chính xác bề mặt cặp trục vít số 02 với bề mặt trục vít đƣợc thiết
kế bằng phƣơng pháp mới .......................................................................................... 96
KẾT LUẬN CHƢƠNG 5 ............................................................................................... 98
KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 99
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ..................................... 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 102
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................. 106

vi


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

rw

mm

Giải thích
Bán kính vòng chia.
Số răng vít

z
r1e

mm

Bán kính ngoài trục vít

r1i

mm

Bán kính trong trục vít

C

mm

Khoảng cách giữa hai trục vít

p

mm

Bƣớc xoắn của trục vít trong một đơn vị vòng quay.
Vector trục quay của dụng cụ;

Σ

Pháp tuyến bề mặt Σ , tham chiếu trong hệ toạ độ XYZ;

1

Vector vị trí của điểm trên đƣờng đặc tính tham chiếu trong hệ
X1Y1Z1..

vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
CAM

Giải thích
Computer Aided – Manufacturing

Lập chƣơng trình gia công nhờ ứng dụng
máy tính

CAD

Computer Aided – Design

Thiết kế nhờ ứng dụng của máy tính

CNC

Computer Numerical Control

Điều khiển bằng máy tính các máy móc
khác với mục đích sản xuất

CAE
RP

Computer Aided Engineering

Phân tích đối tƣợng hình học CAD

Rapid Prototyping

Phƣơng pháp tạo mẫu nhanh

viii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của máy nén khí công nghiệp ............................................... 5
Hình 1.2 Vít xoắn được chế tạo có gờ hẹp. ........................................................................... 7
Hình 1.3 Biên dạng biên tròn đối xứng có sử dụng các gờ làm kín. ..................................... 8
Hình 1.4 Những biên dạng thông dụng của máy nén trục vít.[36] ...................................... 10
Hình 1.5 Xích Cycloid [22] ................................................................................................. 12
Hình 1.6 Bánh răng Cycloid [22] ........................................................................................ 12
Hình 1.7 Thiết kế dao phay ngón gia công bề mặt trục vít [35] ......................................... 13
Hình 1.8 Thiết kế dụng cụ dạng đĩa gia công bề mặt trục vít [35] ..................................... 13
Hình 1.9 Profile lưỡi cắt dao phay ngón gia công bề mặt trục vít [35] .............................. 13
Hình 1.10 Profile lưỡi cắt dao phay đĩa gia công bề mặt trục vít [35]............................... 13
Hình 1.11 Các bước hình thành bề mặt khởi thủy dụng cụ dạng đĩa [18] .......................... 14
Hình 1.12 Bề mặt bánh vít khi cho trục vít chuyển động tạo hình [29] ............................... 15
Hình 1.13 Bề mặt khởi thủy dụng cụ dạng đĩa [29]............................................................. 15
Hình 1.14 Mô hình CAD cặp trục vít Cycloid công nghiệp[27] ......................................... 15
Hình 1.15 Thí nghiệm đo cặp trục vít Cycloid công nghiệp[27] ......................................... 16
Hình 1.16 Bộ đôi trục vít Cycloid đã được tối ưu bằng phần mềm[49].............................. 17
Hình 1.17 Bề mặt khởi thủy dụng cụ dạng đĩa cắt trục vít Cycloid .................................... 17
Hình 1.18 Dụng cụ dạng đĩa cắt trục vít Cycloid................................................................ 18

Hình 1.19 Máy CNC gia công trục vít Cycloid ................................................................... 19
Hình 2.1 Đường EpiCycloid ................................................................................................ 22
Hình 2.2 Đường HypoCycloid ............................................................................................. 23
Hình 2.3 Đường Cycloid...................................................................................................... 23
Hình 2.4 Hệ tọa độ của mặt xoắn vít ................................................................................... 24
Hình 2.5 Sự ăn khớp của biên dạng răng vít. ...................................................................... 24
Hình 2.6 Sơ đồ gia công định hình ...................................................................................... 29
Hình 2.7 Sơ đồ gia công bao hình ....................................................................................... 29
Hình 2.8 Sơ đồ gia công bao hình bề mặt tự do .................................................................. 30
Hình 2.9 Chuyển động tương đối chi tiết và dụng cụ và mặt khởi thủy K .......................... 31
Hình 2.10 Đường đặc tính E và mặt khởi thủy Kcủa dụng cụ ............................................. 32
ix


Hình 2.11 Xác định mặt khởi thủy K – mặt tiếp tuyến với các vị trí của bề mặt chi tiết C khi
chuyển tạo hình ( họ bề mặt C)............................................................................................ 33
Hình 2.12 Phương pháp động học xác định mặt bao. ......................................................... 35
Hình 2.13 Quy trình thiết kế thuận và Quy trình thiết kế ngược ......................................... 39
Hình 3.1 Nguyên lý ăn khớp cặp trục vít ............................................................................. 42
Hình 3.2 Các bước trong quá trình kỹ thuật ngược ............................................................ 44
Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc máy quét ánh sáng Atos I ............................................................. 46
Hình 3.4 Bản vẽ trục chủ động ............................................................................................ 48
Hình 3.5 Bản vẽ trục bị động............................................................................................... 48
Hình 3.6 Sai lệch biên dạng trục chủ động ......................................................................... 49
Hình 3.7 Biên dạng tham số hoá của trục chủ động ........................................................... 50
Hình 3.8 Biên dạng Cycloid với các tham số r khác nhau .................................................. 52
Hình 3.9 Sơ đồ khối thuật toán xác định biên dạng đối ứng ............................................... 53
Hình 3.10 Biên dạng hai trục chuẩn bị chạy chương trình (trên) và đạng trong quá trình
được tạo tự động (dưới)....................................................................................................... 54
Hình 3.11 Biên dạng trục bị động hoàn thiện ..................................................................... 55

Hình 3.12 Kiểm tra sự tiếp xúc của hai biên dạng .............................................................. 55
Hình 3.13 Biên dạng trục bị động hoàn thiện .................................................................... 56
Hình 3.14 Tạo Solid 3D ¼ trục chủ động và 1/6 trục bị động. .......................................... 56
Hình 3.15 Mô hình Solid 3D 2 trục vít. ............................................................................... 57
Hình 3.16 Kiểm tra sự tiếp xúc của hai trục ....................................................................... 57
Hình 3.17 Kiểm tra sự tiếp xúc của hai trục trên các mặt cắt............................................ 58
Hình 3.18 Đưa 3 chi tiết vào môi trường lắp ráp ............................................................... 59
Hình 3.19 Đang thiết lập ràng buộc đồng trục giữa Giá và hai trục .................................. 59
Hình 3.20 Đang thiết lập rằng buộc tiếp xúc ...................................................................... 60
Hình 3.21 Vị trí hai trục vít khi đã thực hiện các rằng buộc............................................... 60
Hình 4.1 Mặt khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công mặt vít ................................................ 62
Hình 4.2 Phương pháp mặt cắt xác định các điểm trên đường đặc tính ............................. 64
Hình 4.3 Phương pháp CAD 3D xác định các điểm trên đường đặc tính ........................... 64
Hình 4.4 Tính toán các điểm trên tiết diện bất kỳ của mặt xoắn vít .................................... 65
Hình 4.5 Thuật toán tạo hình dụng cụ dạng đĩa gia công trục vít ...................................... 68
Hình 4.6 Định vị hợp lý “phôi dụng cụ” ............................................................................. 69
x


Hình 4.7 Tạo biên dạng dụng cụ dạng đĩa gia công trục chủ động .................................... 69
Hình 4.8 Xác định biên dạng dọc trục của dụng cụ ........................................................... 70
Hình 4.9 Lấy biên dạng dọc trục và tạo mặt khởi thuỷ dụng cụ hoàn chỉnh ....................... 70
Hình 4.10 Tạo biên dạng dụng cụ dạng đĩa gia công trục bị động ..................................... 71
Hình 4.11 Xác định biên dạng dọc trục của dụng cụ gia công trục bị động ....................... 71
Hình 4.12 Tạo mặt khởi thuỷ dụng cụ hoàn chỉnh gia công trục bị động ........................... 71
Hình 4.13 Đưa Dụng cụ và chi tiết vào INVENTOR ........................................................... 72
Hình 4.14 Kiểm tra độ chính xác tiếp xúc dụng cụ gia công trục chủ động ....................... 72
Hình 4.15 Kiểm tra độ chính xác tiếp xúc trên các tiết diện ngang dụng cụ gia công trục bị động 73
Hình 4.16 Thuật toán gia công mô phỏng ........................................................................... 74
Hình 4.17 Thực hiện gia công mô phỏng một đoạn trên phôi ............................................. 75

Hình 4.18 Sai lệch biên dạng gia công mô phỏng trục bị động .......................................... 75
Hình 4.19 Định vị chính xác vị trí tương đối dụng cụ và phôi ............................................ 76
Hình 4.20 So sánh biên dạng thiết kế và biên dạng gia công mô phỏng trục bị động ........ 76
Hình 5.1 Nhập bản vẽ file CAD (cặp trục vit số 01) vào môi trường CAM ........................ 79
Hình 5.2 Chọn máy gia công Mill 4-Axits VMC MM .......................................................... 80
Hình 5.3 Chọn phôi và cài đặt gốc phôi .............................................................................. 81
Hình 5.4 Chọn kiểu gia công Rotary ................................................................................... 82
Hình 5.5 Chọn dao phay đầu cầu Ф10 ................................................................................ 82
Hình 5.6 Thông số chế độ cắt cho bước gia công thô ......................................................... 82
Hình 5.7 Chọn các bề mặt cần gia công.............................................................................. 83
Hình 5.8 Chọn kiểu gia công theo phương mặt cắt vuông góc với trục .............................. 83
Hình 5.9 Chọn chế độ bù Dao ............................................................................................. 83
Hình 5.10 Chọn lượng dư để lại cho bước gia công tiếp theo ............................................ 84
Hình 5.11 Kiểu đi của dụng cụ gia công ............................................................................. 84
Hình 5.12 Chọn lượng chạy dao theo phương chiều trục ................................................... 84
Hình 5.13 Phân tích và tính toán đường chạy dao cặp trục vít số 01 ................................. 85
Hình 5.14 Chạy thử quá trình gia công thô cặp trục vít số 01 ............................................ 85
Hình 5.15 Kết quả chạy thử quá trình gia công thô cặp trục vít số 01 ............................... 86
Hình 5.16 Chọn dao phay đầu cầu Ф3 ................................................................................ 87
Hình 5.17 Chọn lượng chạy dao theo phương chiều trục ................................................... 87
Hình 5.18 Phân tích và tính toán đường chạy dao tinh cặp trục vít số 01 .......................... 88
Hình 5.19 Chạy thử quá trình gia công tinh cặp trục vít số 01 ........................................... 89
xi


Hình 5.20 Kết quả chạy thử quá trình gia công tinh cặp trục vít số 01 .............................. 90
Hình 5.21 Xuất file Gcode cặp trục vít số 01 ...................................................................... 91
Hình 5.22 File Gcode cặp trục vít số 01.............................................................................. 91
Hình 5.23 Quy trình thực hiện cam/cnc gia công cặp trục vít số 01 ................................... 92
Hình 5.24 Một số Hình ảnh trong quá trình gia công cặp trục vít số 01 ............................ 92

Hình 5.25 Kết quả Sản phẩm sau khi gia công cặp trục vít số 01....................................... 93
Hình 5.26 Kết quả so sánh bề mặt cặp trục vít số 01 so với mô hình thiết kế ngược thuần
túy ........................................................................................................................................ 93
Hình 5.27 Một số hình ảnh lập chương trình NC cho cặp trục vít số 02 ............................ 95
Hình 5.28 Một số Hình ảnh trong quá trình gia công cặp trục vít số 02 ............................ 96
Hình 5.29 Kết quả Sản phẩm sau khi gia công cặp trục vít số 02....................................... 96
Hình 5.30 Kết quả so sánh bề mặt cặp trục vít số 02 so với mô hình thiết kế.bằng phương
pháp mới. ............................................................................................................................. 97

xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tại Việt Nam hiện nay, nhu cầu về cặp trục vít là rất lớn, đặc biệt là các trục vít sử
dụng trong máy nén khí và máy bơm dầu. Tuy nhiên, hiện tại ở Việt Nam chƣa có cơ sở
nào thiết kế, chế tạo đƣợc cặp trục vít ăn khớp có biên dạng Cycloid đạt độ chính xác cao
cần thiết. Do vậy, tất cả các cặp trục vít ăn khớp biên dạng Cycloid dùng trong các thiết bị
công nghiệp hiện nay đều phải nhập khẩu.
Việc thiết kế biên dạng và biên dạng đối ứng của cặp trục vít ăn khớp thoả mãn
điều kiện ăn khớp, có độ kín khít và cấp chính xác cao là hết sức phức tạp vì nó dựa trên lý
thuyết bao hình ứng dụng trong lý thuyết ăn khớp, chƣa nói đến các tính toán tối ƣu hoá
biên dạng của cặp trục vít máy nén khí.
Vì vậy, công việc thiết kế biên dạng cặp trục vít và biên dạng dụng cụ gia công
chúng hiện nay thƣờng sử dụng những phần mềm chuyên dụng đắt tiền, dựa trên những
phƣơng pháp còn chưa được công bố hoặc công bố ở mức độ khái niệm vì đó là bí mật của
các hãng sản xuất.
Tƣơng tự nhƣ vậy, việc xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ là một vấn đề rất phức tạp
về mặt toán học dựa trên lý thuyết bao hình trong lý thuyết tạo hình bề mặt. Các tài liệu,
sách giáo trình đƣợc công bố chủ yếu sử dụng các phƣơng pháp truyền thống nhƣ phƣơng

pháp giải tích, phƣơng pháp động học, … Tuy nhiên, trên thực tế có nhiều mặt khởi thuỷ
phức tạp mà khi xác định nó theo phƣơng pháp truyền thống là hết sức khó khăn và tốn
kém thời gian cũng như độ chính xác thấp. Vì thế, việc ứng dụng các kỹ thuật tính toán
dựa trên lập trình máy tính có thể làm thay đổi về phương pháp cũng nhƣ tạo ra những
công cụ trong công tác thiết kế mặt khởi thuỷ dụng cụ một cách hiệu quả.
Tóm lại, công việc thiết kế và chế tạo các cặp trục vít ăn khớp biên dạng Cycloid
hiện nay là cần thiết và vẫn còn là mới đối với Việt Nam, còn nhiều vấn đề cần tập trung
nghiên cứu, trong đó xác định biên dạng cặp trục vít và biên dạng bề mặt khởi thuỷ của
dụng cụ gia công chúng là một vấn đề then chốt.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trên NCS lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu tạo hình bộ đôi động học trục vít-dụng cụ gia công và ứng dụng để
chế tạo trục vít máy nén khí”
1


2. Mục đích của đề tài
Xây dựng phƣơng pháp và công cụ thiết kế chính xác biên dạng và chế tạo cặp trục
vít ăn khớp nói chung và của cặp trục vít Cycloid máy nén khí nói riêng.

3. Nội dung chính (mục tiêu) của luận án
- Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp và công cụ thiết kế chính xác biên dạng cặp
trục vít ăn khớp nói chung và của máy nén khí nói riêng.
.- Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp và công cụ xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ
dạng đĩa gia công bao hình không tâm tích mặt xoắn vít.
- Nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp và công cụ mô phỏng gia công bao hình
không tâm tích bằng dụng cụ dạng đĩa.
- Thực nghiệm thiết kế biên dạng 3D cặp trục vít máy nén khí, đánh giá sai số.
- Thực nghiệm thiết kế biên dạng dụng cụ dạng đĩa gia công cặp trục vít máy nén
khí, đánh giá độ chính xác tiếp xúc giữa dụng cụ và chi tiết.
- Thực nghiệm gia công mô phỏng theo phƣơng pháp bao hình không tâm tích bằng

dụng cụ dạng đĩa, đánh giá sai số gia công bao hình mô phỏng.
- Lập trình Gcode và thực nghiệm gia công thử nghiệm cặp trục vít máy nén khí
trên máy CNC 4 trục theo phƣơng pháp số.

4. Đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu của luận án
- Đối tượng nghiên cứu của luận án:
Tạo hình bộ đôi động học trục vít - dụng cụ gia công.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án:
Có nhiều phƣơng pháp tạo hình mặt xoắn vít nhƣ chép hình, bao hình có tâm tích,
bao hình không tâm tích, biến dạng dẻo... Luận án tập trung nghiên cứu phƣơng pháp gia
công bao hình không tâm tích bằng dụng cụ dạng đĩa và gia công số hoá trên CNC và đặc
biệt cụ thể với cặp trục vít Cycloid của máy nén khí. Luận án chƣa quan tâm nhiều đến
Chế độ cắt, vật liệu, lực, nhám bề mặt, … vì đối tƣợng nghiên cứu của Luận án tập trung
vào tạo hình bề mặt đôi động học

2


- Phương pháp nghiên cứu:
Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm để kiểm chứng và hiệu chỉnh
phƣơng pháp.

5. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn, và những đóng góp mới của luận án
Ý nghĩa khoa học:
Phƣơng pháp thiết kế hỗn hợp (ngƣợc và thuận) đƣợc tìm ra và đề xuất đã tạo ra
biên dạng chính xác của cặp trục vít ăn khớp thoả mãn điều kiện ăn khớp và độ kín khít
cần thiết cho máy nén khí đồng thời kế thừa đƣợc tính tối ƣu của những thiết kế tiềm ẩn
trong sản phẩm của các hãng sản xuất mà chƣa đƣợc công bố hoàn toàn, khắc phục đƣợc
sai số của phƣơng pháp thiết kế ngƣợc quen thuộc hiện nay.
Phƣơng pháp xác định mặt khởi thuỷ dụng cụ gia công bao hình không tâm tích

mặt xoắn vít đƣợc tìm ra và đề xuất có tính tổng quát cao, đảm bảo độ chính xác yêu cầu
và giảm thời gian thiết kế dụng cụ gia công, trực quan và dễ dàng đánh giá đƣợc các điều
kiện tồn tại mặt khởi thuỷ của dụng cụ gia công mặt xoắn vít nói chung cũng nhƣ mặt vít
Cycloid máy nén khí nói riêng.
Ý nghĩa thực tiễn:
Dựa trên phƣơng pháp đề xuất, đã xây dựng thành công hệ thống các chƣơng trình
máy tính hỗ trợ cho AutoCAD trong việc: Thiết kế nhanh chóng và chính xác cặp trục vít
ăn khớp và dụng cụ dạng đĩa gia công chúng; Mô phỏng gia công để kiểm tra độ chính xác
gia công, thiết kế ngƣợc có tham số cặp trục vít Cycloid máy nén khí, gia công số hoá trên
CNC… là những vấn đề có ý nghĩa thực tiễn của luận án.
Những đóng góp mới của luận án
- Đã nghiên cứu xây dựng thành công phƣơng pháp và công cụ mới thiết kế chính
xác biên dạng cặp trục vít ăn khớp nói chung và của máy nén khí nói riêng. Độ chính xác
tiếp xúc của mô hình thiết kế bề mặt cặp trục vít đã đƣợc kiểm định theo hai phƣơng pháp
2D và 3D, và có thể coi là tuyệt đối.
- Đã nghiên cứu xây dựng thành công phƣơng pháp và công cụ mới xác định mặt
khởi thuỷ dụng cụ dạng đĩa gia công bao hình mặt xoắn vít nói chung và trục vít máy nén
khí nói riêng. Độ chính xác của biên dạng khởi thuỷ dụng cụ đã đƣợc đánh giá theo hai
3


phƣơng pháp: Phƣơng pháp thứ nhất: Kiểm tra độ tiếp xúc của dụng cụ gia công và chi
tiết, kết quả có thể coi là tuyệt đối chính xác; Phƣơng pháp thứ hai: Kiểm tra độ chính xác
biên dạng khởi thuỷ dụng cụ bằng mô phỏng gia công. Trong phƣơng pháp này, đã xây
dựng thành công chƣơng trình con mô phỏng gia công và tiến hành thử nghiệm.
- Đã tiến hành thực nghiệm gia công cặp trục vít Cycloid với công nghệ
CAD/CAM/CNC trên máy CNC 4 trục. Thời gian gia công và độ chính xác biên dang cặp
trục vít đƣợc thiết kế theo phƣơng pháp mới là tốt hơn nhiều so với thiết kế ngƣợc truyền
thống và có thể áp dụng đƣợc với gia công loạt nhỏ.

6. Nội dung và bố cục luận án
Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án
đƣợc trình bày trong 5 chƣơng:
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRỤC VÍT MÁY NÉN KHÍ
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO HÌNH BỘ ĐÔI ĐỘNG HỌC TRỤC VÍT
DỤNG CỤ GIA CÔNG
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CẶP TRỤC VÍT MÁY NÉN KHÍ
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MẶT KHỞI THUỶ DỤNG CỤ DẠNG
ĐĨA GIA CÔNG MẶT VÍT CYCLOID.
CHƢƠNG 5. THỰC NGHIỆM GIA CÔNG CẶP TRỤC VÍT CYCLOID VỚI
CÔNG NGHỆ CAD/CAM/CNC
Trong các chƣơng 3, 4, 5 đều có thảo luận và kết luận. Phần cuối cùng là những kết
luận và đề xuất hƣớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài.

4


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRỤC VÍT MÁY NÉN KHÍ
Để có cái nhìn tổng quát về nội dung thực hiện của Luận án, ở chƣơng này tiến hành
khảo sát các công trình nghiên cứu và ứng dụng trục vít cycloid trong nƣớc và trên thế
giới. Công việc khảo sát tìm hiểu đặc trƣng về phƣơng pháp, các kết quả đạt đƣợc và
những tồn tại của các công trình nghiên cứu, từ đó đặt ra những định hƣớng của đề tài. Các
nội dung thực hiện trong chƣơng này gồm:
- Giới thiệu tổng quan về máy nén khí và các loại trục vít dùng trong máy nén khí.
- Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trục vít trên thế giới.
- Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trục vít ở Việt Nam.

1.1 Giới thiệu tổng quan về máy nén khí
1.1.1 Giới thiệu về máy máy nén khí kiểu trục vít

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của máy nén khí công nghiệp

Máy nén khí đƣợc sử dụng rất nhiều, rộng dãi trong các ngành công nghiệp và trong
đời sống. Có rất loại máy nén khí nhƣ máy nén khí kiểu piston, máy nén khí kiểu trục
vít,… nhƣng máy nén khí kiểu trục vít (Có sơ đồ nguyên lý hoạt động nhƣ Hình 1.1) đƣợc
sử dùng nhiều hơn cả vì các tính năng ƣu việt sau: Thiết bị có kết cấu nhỏ gọn nhƣng lại có
công suất tƣơng đối cao, độ ổn định lƣu lƣợng cao, năng suất khi làm việc cao, lƣu lƣợng
làm việc lớn do không gian làm việc của các rãnh lớn, tuổi thọ và độ tin cậy của chi tiết
5


cao. Để có đƣợc những ƣu điểm trên là do trong máy nén khí kiểu trục vít dùng bộ truyền
động trục vít cycloid. Bộ trục vít cycloid là bộ chi tiết quan trọng nhất trong máy nén khí,
chúng chiếm tỷ trọng về giá thành của máy nén khí là lớn nhât.
1.1.2 Các loại biên dạng trục vít máy nén khí phổ biến hiện nay
Theo tài liệu [10] có những khái niệm kết cấu biên dạng răng vít nhƣ sau:
Biên dạng răng vít cần nhƣ thế nào để cho đƣờng ăn khớp của vít – đƣờng tiếp xúc
của các vít khi chúng cọ sát với nhau – luôn liên tục từ điểm đầu (trên buồng hút) đến điểm
cuối (trên buồng đẩy). Mỗi biên dạng đều có tính năng kỹ thuật của nó. Nhƣ biên dạng
răng thân khai, thƣờng sử dụng trong bộ truyền bánh răng lớn, không đảm bảo tính liên tục
của đƣờng tiếp xúc, còn trong máy nén khí trục vít hiện tƣợng đứt quãng đƣờng tiếp xúc
không cho phép, vì khi đó sẽ thông buồng hút với buồng đẩy. Vì vậy, yêu cầu đầu tiên đối
với biên dạng răng vít là đảm bảo tính liên tục của đƣờng tiếp xúc.
Yêu cầu thứ hai là đảm bảo độ kín hƣớng trục của các cặp khoang làm việc. Thực
hiện điều đó tức là thực hiện việc cách ly chắc chắn buồng nén với buồng có áp suất thấp
hơn nằm ở khoang kế tiếp. Yêu cầu thứ hai này thƣờng không đƣợc thực hiện hoàn toàn
bởi giữa các cặp khoang kế tiếp có lỗ nối giữa chúng. Trƣờng hợp nhƣ vậy lỗ này không
đƣợc phép lớn.
Trong máy nén khí trục vít ngƣời ta chỉ sử dụng một số loại biên dạng răng đảm bảo
đƣợc yêu cầu thứ nhất và mức độ nào đó đảm bảo yêu cầu thứ hai. Các loại biên dạng răng

mặt đầu trục vít thƣờng sử dụng là:
1- Biên dạng Trokhoit là dạng gần giống với Epi-cycloid và Hypo-cycloid. Nó có thể
gọi chung là Cycloid. Sử dụng biên dạng Cycloid cho một nửa biên dạng răng tính theo
đƣờng trục đối xứng hƣớng kính. Nó có thể đảm bảo chặt chẽ về lý thuyết yêu cầu thứ hai:
Độ kín hƣớng trục.
2- Biên dạng tròn, tâm của vòng tròn biên dạng chạy trên vòng xoắn vít – Biên dạng
sao. Biên dạng Elipse với trục lớn Elipse nằm theo phƣơng hƣớng kính hoặc cũng có thể
theo hƣớng vuông góc với nó. Phải hiểu rằng quy luật ăn khớp của các biên dạng tiếp xúc
không cho phép tiếp xúc với một biên dạng nào đó với một đoạn chân răng kia. Bởi vậy
hiện nay biên dạng răng của máy trục vít là tổng hợp của các biên dạng khác nhau thành
một biên dạng phù hợp, loại trừ biên dạng Cycloid. Với chức năng đã nói ở trên, ngƣời ta
xây dựng đoạn biên dạng thể hiện tính chất ăn khớp của răng, hay rộng hơn tính chất của
máy trục vít.
6


Để tăng cƣờng cho tính chất này hay tính chất khác theo hƣớng mong muốn, ngƣời ta
làm răng vít có dạng không đối xứng theo trục hƣớng kính và sử dụng các đoạn đƣờng
cong biên dạng khác nhau. Cần phải chú ý một đặc điểm của biên dạng hóa các răng trục
vít là: Biên dạng đoạn đầu răng rất quan trọng, không chỉ theo hƣớng cạnh của răng mà
khe hở theo hƣớng kính giữa đỉnh răng và rãnh của răng đối của máy trục vít về lý thuyết
cũng không đƣợc tồn tại theo yêu cầu đầu tiên của biên dạng răng máy trục vít. Song đoạn
chân răng cũng là đoạn sƣờn của biên dạng răng. Từ đó có thể cho phép kết luận rằng biên
dạng răng của máy trục vít là yếu tố quan trọng, xác định tính kinh tế, dạng đặc tính và các
thông số kích thƣớc của máy. Việc chọn loại biên dạng răng và chế tạo chính xác đảm bảo
chất lƣợng trong việc chế tạo máy trục vít. Bề mặt ngoài vít, trong đó kể cả bề mặt biên
dạng răng, đƣợc chế tạo với kích thƣớc nhỏ đi một chút so với lý thuyết để tạo ra khe hở
nhỏ giữa các vít với nhau, giữa các vít với vỏ sau khi lắp chúng vào vỏ. Các kích thƣớc
thực tế bề mặt biên dạng vít nhận đƣợc do lƣợng ăn dao tƣơng ứng của các dụng cụ cắt gọt
chuyên dùng sử dụng khi cắt vít.

a) Trục chủ động; b) Trục bị động.
Hình 1.2 Vít xoắn được chế tạo có gờ hẹp.

Khe hở giữa bề mặt biên dạng vít, giữa các vít với vỏ cần phải nhƣ thế nào để đảm bảo
sự làm việc không có cọ sát của các chi tiết này trong mọi chế độ làm việc của máy ngay cả
khi làm việc đột ngột. Song, giá trị khe hở ảnh hƣởng rất lớn đến tính kinh tế của máy. Với
mục đích giảm rò rỉ qua khe hở đỉnh răng và khe hở mặt đầu trục của vít, ngƣời ta làm các
gờ hẹp (“lƣỡi”) làm kín (Hình 1.2). Khi cọ sát với bề mặt làm việc, các lƣỡi này bị mài mòn
đều mà không ảnh hƣởng đến chất lƣợng của máy.
Các gờ làm kín này đƣợc chế tạo cùng với trục vít. Cơ tính của gờ làm kín này so với
cơ tính vật liệu vít đƣợc đảm bảo bởi công nghệ chế tạo trục vít. Trong một số trƣờng hợp
gờ làm kín này đƣợc ép vào rãnh cắt hẹp. Vật liệu của gờ làm kín này thƣờng là kim loại
mềm, dễ biến dạng khi nguyên công ép đầu tiên. Trục vít có gờ làm kín nhƣ vậy thƣờng
7


giá thành cao hơn vì đòi hỏi nhiều lao động bằng tay, đồng thời cho phép dễ thay thế khi
mài mòn hết.

a) Gờ đắp thêm; b) Gờ được gia công cơ (cùng chất với thân vít).
Hình 1.3 Biên dạng biên tròn đối xứng có sử dụng các gờ làm kín.

Cần hiểu rằng, những “lƣỡi” này trên đỉnh răng của trục vít (nhƣ Hình 1.3) ngăn cản
sự rò rỉ khí chỉ qua khe hở giữa đỉnh răng và vỏ. Sự rò rỉ làm ảnh hƣởng không lớn đến
hiệu suất lƣu lƣợng của máy nén trục vít, nhƣng làm giảm hiệu suất lƣu lƣợng làm giảm
công nén bên trong. Việc chế tạo các “lƣỡi” theo sơ đồ Hình 1.3 có hiệu quả hơn đến sự
giảm rò rỉ, làm giảm công nén, cũng nhƣ tăng hiêu suất lƣu lƣợng máy nén. Một số hãng
đã tạo ra các “lƣỡi” cạnh nhƣ trên Hình 1.3 b
Phân loại biên dạng răng vít: Theo tài liệu [10], ta có thể phân loại biên dạng

răng vít nhƣ sau:
Với những kỹ thuật sử dụng để tạo ra các biên dạng của trục vít từ những đƣờng cong biên
dạng thực cơ bản của trục vít, và đƣợc sử dụng trong những điều kiện thích hợp. Một trong
những đƣờng cong có thể sử dụng là những đƣờng cong cơ bản, những đƣờng tròn cổ điển thì
hầu nhƣ thông dụng hơn, tất cả những đƣờng tròn có tâm trên vòng chia tạo ra vòng tròn đồng
dạng trên một trục vít khác. Những vòng tròn có tâm lệch khỏi vòng tròn chia và những đƣờng
cong khác, nhƣ: Elipse, Parapolic, Hyperpolic, có những chi tiết đối xứng, và tạo ra những
đƣờng cong mà đƣợc gọi là Trochoid trên trục vít khác, tƣơng tự những điểm cục bộ trên một
rotor sẽ cắt đƣờng Epicycloid và nội Cycloid trên một trục vít khác. Trong một giai đoạn, kỹ
năng để chế tạo một trục vít rất giới hạn trong việc lựa chọn những đƣờng cong cơ bản mà có
thể nối tiếp với một biên dạng thứ hai.
8


Biên dạng không đối xứng Lyshom, phần riêng của đƣờng tròn đồng trục trên vòng
chia đƣợc giới thiệu và gọi là Cycloid trên những bề mặt áp suất cao, là hình dáng đầu tiên
của trục vít có biên dạng không đối xứng. Biên dạng không đối xứng SRM sử dụng là
đƣờng tròn lệch tâm trên những bề mặt có áp suất thấp của trục vít bị động. Theo sau đó là
biên dạng SKBK đƣợc giới thiệu nhƣ trên trục vít chủ động, trong cả hai trƣờng hợp những
biên dạng bao quanh đƣợc phân tích nhƣ Epicycloid hoặc nội Cycloid. Biên dạng SRM
“D” bao gồm những đƣờng tròn riêng biệt, hầu nhƣ chúng có những vị trí lệch tâm trên
trục vít chủ động và trục vít bị động. Những phát minh sau đây cho đƣờng cong cơ sở trên
một trục vít và đƣờng cong thứ hai, tạo ra những đƣờng cong khác trên một trục vít. Cơ
bản suy ra từ sự ăn khớp cổ điển hoặc những điều kiện tƣơng tự khác. Gần đây những
đƣờng tròn dần dần đƣợc thay thế dần bằng những đƣờng cong khác, nhƣ: Elipse trong
biên dạng của FuSheng, Parapolic trong biên dạng của Compar và Hitachi và Hypoloic
trong biên dạng của “Hyper”. Hypoloic là biên dạng gần đây hầu nhƣ đƣợc thay thế tƣơng
thích nhất mang lại tỉ lệ tốt nhất của sự dịch chuyển trục vít và độ dài đƣờng kín khít.
Hiệu suất của máy nén trục vít phụ thuộc vào những biên dạng của trục vít mà có lƣu
lƣợng lớn qua diện tích mặt cắt, độ dài mép bít kín ngắn và diện tích rò rỉ nhỏ. Diện tích

mặt cắt lớn thì tỉ lệ lƣu lƣợng lớn giống nhƣ kích thƣớc của trục vít và tốc độ của trục vít.
Độ dài mép bít kín ngắn hơn và giảm khe hở nên rò rỉ nhỏ hơn, tỉ lệ giữa lƣu lƣợng lớn
hơn và khe hở nhỏ thì làm tăng hiệu suất thể tích của máy nén, mà tỉ lệ của lƣu lƣợng đƣợc
đƣa vào nhƣ tổng phần của lƣu lƣợng rò rỉ dƣơng, đây là một chỗ ngoặt để tăng hiệu suất
đoạn nhiệt bởi vì công suất tổn hao nhỏ trong việc nén khí mà tuần hoàn bên trong.
Những điểm chính của những máy nén trục vít vẫn đƣợc sản xuất 4 vít đối với trục
vít chủ động và 6 vít trục vít bị động với cả hai trục vít có đƣờng kính ngoài giống nhau.
Hình dạng này là sự thỏa hiệp có triển vọng cho cả hai, áp dụng cho máy nén khí kiểu khô
và kiểu ƣớt và đƣợc sử dụng cho không khí và làm lạnh hoặc quá trình công nghệ của máy
nén khí. Tuy nhiên những hình dạng khác nhƣ: 5/6 và 5/7 và gần đây nhất là 4/5 và 3/5 trở
nên đƣợc phổ biến. Năm vít ở rotor chủ động tƣơng ứng cho tỉ lệ áp suất cao hơn, đặc biệt
nếu kết hợp với những góc xoắn lớn hơn, dãy 4/5 xuất hiện nhƣ việc kết hợp tốt nhất trong
việc sử dụng cho kiểu ƣớt cho tỉ lệ áp suất vừa phải. Kiểu 3/5 đƣợc sử dụng cho phƣơng
pháp khô, bởi vì nó đƣa ra tỉ số truyền lớn giữa trục vít chủ động và bị động mà có thể có
những ƣu điểm để giảm yêu cầu tốc độ dẫn động.

9


Hình 1.4 Những biên dạng thông dụng của máy nén trục vít.[36]

Nhìn trên Hình 1.4 những cặp biên dạng của trục vít đƣợc vẽ đồng thời để so sánh,
đƣợc mô tả bằng những tên thƣơng mại của chúng hoặc những tên biểu hiện sự phát minh.
10


Nhóm thứ nhất với trục vít có 4 vít ở trục vít chủ động và 6 vít ở trục vít bị động.
Hình dạng của trục vít này có thể chấp nhận một cách chung chung cho bất cứ việc sử
dụng nào. Biên dạng Shibbie không đối xứng SRM 1979 của máy nén trục vít gần nhƣ
thành công gần đến đỉnh cao.

Tiếp theo là biên dạng Astberg SRM “D”, 1982: Nhóm lớn nhất của trục vít đƣợc
trình bày trong hình dạng 5/6 là sự kết hợp trục vít trở nên phổ biến nhất bởi vì nó kết hợp
với sự dịch chuyển lớn với cửa đẩy lớn và trong trục vít kích cở nhỏ có đƣờng đặc tính tải
tốt hơn. Đó là sự thành công hơn trong việc nén khí, trong làm lạnh điều hòa không khí.
Một nhóm bắt đầu với biên dạng SMR “D” theo sau bởi “Sigma”, Biên dạng
Bammert,1979; FuSheng, Lee, 1988 và biên dạng “Hyper”, Chia-Hsing 1995. Tất cả các
biên dạng ở trên là “ Tạo ra trục vít” sự khác nhau giữa chúng là vít dẫn mà những đƣờng
tròn lệch tâm của trục vít chủ động, những đƣờng cong đƣợc nối tiếp theo sau là đƣờng
thẳng, đƣờng Elipse, đƣờng Hyperpolic tƣơng ứng. Sự xuất hiện Hyperpolic là những hình
dạng có thể tốt nhất cho những mục đích đó. Hai hình còn lại là trục vít đƣợc tạo kiểu bánh
cóc của Rinder, 1984 và Stosic, 1996. Đƣờng cong chính cho sự lựa chọn và phân bố trên
bánh cóc là tạo ra diện tích mặt cắt lớn với những trục vít bị động khỏe mạnh hơn, hơn các
loại khác đƣợc biết đến ở máy nén khí trục vít.

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trục vít Cycloid trên thế giới
1.2.1 Tình hình nghiên cứu tạo hình biên dạng của trục vít
Có thể nói rằng tạo hình biên dạng răng của bộ truyền trục vít đƣợc nhiều nhà khoa
học quan tâm và đã giải quyết đƣợc nhiều vấn đề cơ bản để đƣa vào ứng dụng trong sản
xuất. Ở đây tác giả đã tìm hiểu một số công trình nghiên cứu của một số nhà khoa học, một
trong số những công trình đó là:
- Công trình nghiên cứu lý thuyết ăn khớp của -L Litvin [22][31][32]: Kết quả của
các công trình là tiền đề để tìm ra bề mặt đối tiếp khi cho hai bề mặt không gian ăn khớp
với nhau. Cụ thể lý thuyết ăn khớp của các bánh răng trụ, bánh răng côn, bánh răng
Cycloid, và đặc biệt là lý thuyết ăn khớp của bề mặt không gia bất kỳ. Trong lý thuyết của
Litvin còn đƣa ra các phƣơng trình toán học mô tả lƣới bề mặt, phƣơng trình đƣờng ăn
khớp… Đây là công trình đặc biệt quan trọng cho việc tính toán lý thuyết về ăn khớp.
Trong công trình của ông cũng đã đƣa ra lý thuyết về ăn khớp bánh răng Cycloid nhƣ ở
Hình 1.4 GS Litvin đã xây dựng phƣơng trình toán học đĩa xích cycloid và ở Hình 1. 6 là sơ

đồ để xây dựng phƣơng trình ăn khớp lý thuyết của cặp trục vít cycloid.Tuy nhiên Ông chỉ

11


dừng lại ở mặt lý thuyết. Còn trong thực tế cặp trục vít Cycloid chỉ ứng dụng một phần cặp
đƣờng cycloid này.

Hình 1. 5 Xích Cycloid [22]

Hình 1. 6 Bánh răng Cycloid [22]

- Công trình nghiên cứu của V.S. Lukshin [33]: Tác giả đã đƣa ra phƣơng pháp thiết
kế trục vít cycloid và dụng cụ cắt dùng trong các bề mặt trục vít trong công nghiệp. Đây là
công trình nền tảng cho việc thiết kế dụng cụ cắt cho trục vít. Tuy nhiên công trình của ông
cũng chỉ dừng lại ở mặt lý thuyết chƣa ứng dụng trong thực tế.
- Theo các bài báo của N Oance and V G Oancea [35], Veliko Ivanov, Gentcho
Nankov [51]: Trong các bài báo này, nhóm tác giả dựa trên nguyên lý khoảng cách tối
thiểu kết hợp với phƣơng pháp giải tích, số hóa các tọa độ của bề mặt xoắn vít đã xây dựng
đƣợc phƣơng trình bề mặt khởi thủy của 2 loại dụng cụ: dao phay ngón, dao phay đĩa để
gia công mặt xoắn vít. Phƣơng pháp này xác định đƣợc các profile dụng cụ đơn giản, rất
chính xác khi cho các bề mặt xoắn tùy ý với độ nghiêng liên tục và ƣớc tính bề mặt đƣợc
tạo ra một cách tự nhiên trên mặt cắt khi dụng cụ cắt chỉ đƣợc biết ở dạng rời rạc các điểm.
Tất nhiên, việc tính sai số gia công là một quá trình phức tạp hơn nhiều, tuy nhiên ngƣời ta
tin rằng ƣớc lƣợng lỗi hợp lý có thể thu đƣợc bằng cách sử dụng phƣơng pháp này. Kết quả
của bài báo cho biết đƣợc một phƣơng pháp thiết kế dụng cụ dạng đĩa, dao phay ngón tổng
quát cho bề mặt trục vít tổng quát.

12


Hình 1. 7 Thiết kế dao phay ngón gia công bề

mặt trục vít [35]

Hình 1. 8 Thiết kế dụng cụ dạng đĩa gia
công bề mặt trục vít [35]

Hình 1. 9 Profile lưỡi cắt dao phay ngón gia
công bề mặt trục vít [35]

Hình 1. 10 Profile lưỡi cắt dao phay đĩa
gia công bề mặt trục vít [35]

Trong Hình 1. 7 là mô hình tính toán profile biên dạng dao phay ngón khi gia công
bao hình các loại trục vít và Hình 1. 9 là kết quả tính toán profile của dao phay ngón trục vít.
Trong Hình 1. 8 là mô hình tính toán profile biên dạng dao phay dạng đĩa khi gia công bao

13