Thiết kế và chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4d

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ TIẾN THANH

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG
TRÊN MÁY CNC 4D

CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS HOÀNG VỊ

Thái Nguyên, năm 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ TIẾN THANH

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG
TRÊN MÁY CNC 4D

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TRƯỞNG KHOA

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên, năm 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


i

LỜI CAM ĐOAN
------------***-----------Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “Thiết kế và chế tạo bộ truyền
bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4D” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS
Hoàng Vị là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu sử dụng được chỉ rõ nguồn
trích dẫn trong mục tài liệu tham khảo. Các kết quả tính toán, nghiên cứu chưa
từng được công bố ở một công trình nào khác. Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách
nhiệm.

Tác giả

Lê Tiến Thanh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


ii

LỜI CẢM ƠN
------------***-----------Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc thầy giáo PGS. TS Hoàng Vị đã tận tình,
chu đáo giúp tôi tôi hoàn thành đề tài.
Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo đã tận tình
hướng dẫn, giảng dạy trong quá trình học tập, nguyên cứu và rèn luyện tại trường
đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, phòng đào tạo, khoa cơ khí trường
CĐ nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam- Hàn Quốc, đã tạo điều kiện cho tôi được
học tập để nâng cao trình độ và giúp đỡ hỗ trợ tôi trong thời gian học tập và làm
đề tài.
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.
Dù đã cố gắng rất nhiều nhưng cũng không thể tránh được các sai sót trong
luận văn. Tác giả rất mong muốn nhận được sự góp ý của quý thầy cô và các đồng
nghiệp để công trình được hoàn thiện hơn. .
Xin chân thành cảm ơn và kính chúc các thầy, các cô sức khỏe và thành công.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... ...i
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ..ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. vi
PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................... ..1
1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. ............................................................................ 3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ............................................................ 3
3.1. Ý nghĩa khoa học. .............................................................................................. 3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................ 3
4. Phương pháp và phương pháp luận. .................................................................... 3
4.1. Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................. 3
4.2. Phương pháp luận. ............................................................................................. 4
5. Nội dung của đề tài. ............................................................................................. 4
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ ................... ..5
1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................... 5
1.2 Các loại bộ truyền bánh răng trụ .......................................................................... 5
1.2.1 Bộ truyền bánh răng thẳng ................................................................................. 5
1.2.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng ............................................................................. 9
1.2.3 Bộ truyền bánh răng chữ V .............................................................................. 11
1.3 Kết luận .............................................................................................................. 13
Chương 2: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG .......................... 14
2.1 Phần khái quát. ................................................................................................... 14

2.2 Bánh răng trụ răng cong ..................................................................................... 14
2.2.1 Đường răng ...................................................................................................... 14
2.2.2 Biên dạng răng ................................................................................................. 16
2.2.3 Các thông số hình học của bánh răng trụ răng cong. ....................................... 18
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


iv
2.3 Kết luận .............................................................................................................. 22
Chương 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG
TRÊN MÁY TÍNH ................................................................................................. 23
3.1 Công cụ phần mềm. ........................................................................................... 23
3.2 Thông số thiết kế của bộ truyền. ........................................................................ 23
3.3 Thiết kế bộ truyền động bánh răng trụ răng cong .............................................. 24
3.3.1 Thiết kế phôi .................................................................................................... 24
3.3.2 Thiết kế biên dạng răng. .................................................................................. 25
3.3.3 Thiết kế đường răng ......................................................................................... 28
3.3.4 Thiết kế bánh răng trụ răng cong. .................................................................... 30
3.4 Mô phỏng quá trình làm việc ............................................................................. 32
3.4.1 Thiết kế mô hình mô phỏng ............................................................................. 32
3.4.2 Mô phỏng quá trình làm việc của bộ truyền bánh răng trụ răng cong ............. 34
3.5 Kết luận .............................................................................................................. 36
Chương 4: THỬ NGHIỆM CHẾ TẠO BỘ TRUYỂN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG
CONG ...................................................................................................................... 37
4.1 Chế tạo thanh răng cơ sở .................................................................................... 37
4.1.1 Thông số hình học thanh răng cơ sở ................................................................ 37
4.1.2 Công cụ phần mềm .......................................................................................... 38
4.1.3 Thiết kế đường chạy dao.................................................................................. 38

4.1.4 Biên dịch chương trình gia công ...................................................................... 40
4.1.5 Phôi gia công ................................................................................................... 44
4.1.6 Máy gia công ................................................................................................... 45
4.1.7 Gia công thanh răng cong ................................................................................ 47
4.2 Chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong. ....................................................... 48
4.2.1 Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng cong ....................... 48
4.2.2 Công cụ phần mềm .......................................................................................... 50
4.2.3 Thiết kế đường răng ......................................................................................... 50
4.2.4 Biên dịch chương trình gia công. ..................................................................... 53
4.2.5 Máy gia công ................................................................................................... 56
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


v
4.2.6 Phôi gia công ................................................................................................... 58
4.2.7 Dụng cụ cắt ...................................................................................................... 59
4.2.8 Gia công bánh răng trụ răng cong.................................................................... 59
4.3 Ðánh giá độ chính xác của bộ truyền bánh răng trụ răng cong ......................... 62
4.4 Kết luận .............................................................................................................. 62
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI................. 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT

Hình

Nội dung

Trang

1

Hình 1.1

Bánh răng thẳng

6

2

Hình 1.2

Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng
răng

7

3

Hình 1.3

Sơ đồ chuốt răng bao hình

7

4

Hình 1.4

Sơ đồ xọc răng bao hình

8

5

Hình 1.5

Nguyễn lý bao hình biên dạng răng

8

6

Hình 1.6

Bánh răng trụ răng nghiêng

9

7

Hình 1.7

Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên
máy phay vạn năng

10

8

Hình 1.8

Phay bánh răng nghiêng bằng phương pháp
bao hình

11

9

Hình 1.9

Bánh răng chữ V

11

10

Hình 1.10

Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp
chép hình

12

12

Hình 1.11

Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp
bao hình

12

13

Hình 2.1

Mô hình xác định đường răng

15

14

Hình 2.2

Biên dạng sinh của răng

17

15

Hình 2.3

Đường thân khai trong hệ tọa độ cực

17

16

Hình 2.4

Thông số hình học bánh răng trụ răng cong

19

17

Hình 2.5

Góc ăn khớp

20

18

Hình 2.6

Đường ăn khớp và cung ăn khớp

21

19

Hình 2.7

Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong

21

20

Hình 3.1

Đường tròn cơ sở

24

21

Hình 3.2

Thông số mặt trụ phôi

25

22

Hình 3.3

Các thông số của bộ truyền bánh răng thẳng

26

23

Hình 3.4

Tách biên dạng răng

26

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


vii
24

Hình 3.5

Vị trí biên dạng thân khai trong file thiết kế
phôi

27

25

Hình 3.6

Biên dạng răng được kéo dài

27

26

Hình 3.7

Khối trụ đi qua đường kính vòng lăn .

28

27

Hình 3.8

Cung tròn trên mặt phẳng tiếp tuyến.

29

28

Hình 3.9

Đường răng của bánh răng trụ răng cong

29

29

Hình 310

Hai đường cong răng trong một rãnh răng

30

30

Hình 3.11

Thiết kế rãnh răng

30

31

Hình 3.12

Hình dáng rãnh răng

31

32

Hình 3.13

Thông số lệnh sao chép theo dãy

32

33

Hình 3.14

Cặp bánh răng trụ răng cong

32

34

Hình 3.15

Gối đỡ

33

35

Hình 3.16

Ràng buộc các thông số lắp ghép

33

36

Hinh 3.17

Các cặp bề mặt đối tiếp

34

37

Hình 3.18

Thông số chạy mô phỏng

34

38

Hình 3.19

Góc quay camera thứ nhất

35

39

Hình 3.20

Góc quay camera thứ hai

35

40

Hình 3.21

Góc quay camera thứ ba

35

41

Hình 3.22

Bánh răng chủ động quay thuận chiều kim
đồng hồ

36

42

Hình 3.23

Bánh răng chủ động đảo chiều truyền động

36

45

Hình 4.1

Bán kính cong của thanh răng cơ sở

37

43

Hình 4.2

Bản vẽ thanh răng cơ sở

38

44

Hình 4.3

Biên dạng chạy dao

39

45

Hình 4.4

Các đường răng

40

46

Hình 4.5

Các dòng máy gia công trong phần mềm

40

57

Hình 4.6

Xác lập thông số gia công

41

48

Hình 4.7

Đường chạy dao

41

49

Hình 4.8

Thông số quá trình vào dao và thoát dao

42

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


viii

50

Hình 4.9

Sơ đồ đường chạy dao khi gia công

42

51

Hình 4.10

Mô phỏng quá trình gia công

42

52

Hình 4.11

Bản vẽ phôi gia công thanh răng cơ sở

45

53

Hình 4.12

Trung tâm CNC - VF2

45

54

Hình 4.13

Cài đặt thông số trên máy

47

55

Hình 4.14

Tổng thể quá trình gia công

48

56

Hình 4.15

Thanh răng sinh

48

57

Hình 4.16

Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong

49

58

Hình 4.17

Vị trí cung tròn đường răng

50

59

Hình 4.18

Đường răng

51

60

Hình 4.19

Góc giữa hai đường răng

51

61

Hình 4.20

Thông số lệnh sao chép đường răng

52

62

Hình 4.21

Các đường chân răng

52

63

Hình 4.22

Thông số cài đặt của lệnh Xform Roll

53

64

Hình 4.23

Đường chân răng trải ra trên mặt phẳng

53

65

Hình 4.24

Cài đặt trục thứ 4

54

66

Hình 4.25

Thông số quá trình vào dao và thoát dao

54

67

Hình 4.26

Mô phỏng quá trình gia công

55

68

Hình 4.27

Trung tâm CNC5D VF2 – TR160

57

69

Hình 4.28

Bản vẽ phôi gia công bánh răng trụ răng cong

58

70

Hình 4.29

Dao phay ngón mô dun 2.5

59

71

Hình 4.30

Quá trình gá phôi

59

72

Hình 4.31

Tổng thể quá trình cắt gọt

60

73

Hình 4.32

Màn hình hiện thị các thông số quá trình gia
công

60

74

Hình 4.33

Sản phẩm sau khi gia công xong

61

75

Hình 4.34

Sản phẩm bánh răng cong hoàn thiện

61

76

Hình 4.35

Vết tiếp xúc của bánh răng

62

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

.v


1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Bộ truyền bánh răng dùng phổ biến trong kỹ thuật để truyền chuyể n đô ̣ng và
truyề n lực của các máy, thiế t bi kỹ
̣ thuật công nghiệp, xây dựng, y tế, đồ gia du ̣ng,
phương tiện giao thông vâ ̣n tải thuỷ bộ, quốc phòng, hàng không vũ trụ… Truyền
động bánh răng trụ có khả năng truyền lực lớn, đảm bảo tỷ số truyền ổn định, hiệu
suất cao và truyền động êm. Các nghiên cứu về truyền động răng thường tập trung
vào biên dạng ăn khớp, đường răng và các cơ cấu ứng dụng nó.
Với những yêu cầu kỹ thuâ ̣t ngày càng cao như đô ̣ chính xác truyề n đô ̣ng,
truyề n lực, ít ồn, ít rung động, đô ̣ bề n …thì các nghiên cứu ứng dụng các công
nghệ mới như CAD-CAM-CNC để nâng cao chất lượng hiệu quả trong thiết kế,
chế tạo bộ truyền bánh răng ngày càng phổ biến.
Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật
để truyền và biến đổi truyền động. Là cơ cấu chính để làm khớp nối, ly hợp, cơ
cấu bánh răng bậc, cơ cấu hành tinh, hộp số, hộp truyền lực…Việc thiết kế bộ
truyền bánh răng thẳng không khó, công nghệ chế tạo răng thẳng không quá phức

tạp và đã hình thành qui trình chuẩn trên các máy công cụ chuyên dung để chế tạo
răng chính xác. Mặt khác việc tháo lắp bộ truyền bánh răng thẳng khá đơn giản, có
thể thay đổi vị trí ăn khớp theo phương dọc trục, trong truyền động không phát
sinh thành phần lực dọc trục thuận tiện cho việc lựa chọn ổ và gối đỡ trục. Tuy
nhiên bên cạnh các ưu điểm kể trên thì bộ truyền bánh răng thẳng còn có những
hạn chế như hệ số trùng khớp không cao làm giảm khả năng tải, dễ hình thành khe
hở gây rung động, va đập ở tốc độ cao. Trong trường hợp cần truyền động êm,
truyền lực lớn hơn, tốc độ cao hơn thì việc sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng sẽ
khắc phục được các hạn chế trên của bánh răng thẳng và kích thước bộ truyền cùng
tỉ số truyền được giảm đáng kể nhờ hệ số trùng khớp của bánh răng nghiêng lớn
hơn so với bánh răng thẳng. Mặc dù khả năng tải lớn, truyền động êm nhưng trong
quá trình làm việc, sự ăn khớp răng nghiêng làm phát sinh thành phần lực dọc trục
do đó chi phí ổ, gối đỡ trong truyền động răng nghiêng cao hơn nhiều. Đặc biệt ở
các hộp truyền lực của máy khai thác mỏ, máy xây dựng và các phương tiện giao


2
thông, công trình hạng nặng hiện nay thường sử dụng bộ truyền bánh răng chữ V
(double helical gear, herringbone gears), bộ truyền kiểu này hội đử các ưu điểm
của truyền động răng, thành phần lực dọc trục tự cân bằng và không tác động lên
gối ổ. Tuy nhiên thiết kế, chế tạo bánh răng chữ V khó, và chỉ đạt yêu cầu kinh tế
kỹ thuật khi gia công trên các máy chuyên dùng của các nhà máy hiện đại vì vậy
bánh răng chữ V rất đắt tiền, chỉ được sử dụng trong các thiết bị quan trọng.
Các hướng nghiên cứu, cải tiến nâng cao chất lượng, hiệu quả của truyền
động răng hiện nay khá đa dạng, biên dạng ăn khớp của nó được cải tiến, răng có
cặp biên dạng không đối xứng đã được ứng dụng trong thực tế kỹ thuật. Tuy nhiên,
cho đến nay đối với bánh răng trụ, chỉ có dạng đường răng thẳng và đường răng
nghiêng (đường xoắn vít trụ). Thanh răng sinh cơ sở của chúng có đường răng là
đường thẳng, hoặc nghiêng, hoặc chữ V. Giả thiết thanh răng sinh cơ sở của bánh
răng có đường răng thay cho chữ V là cung tròn dạng chữ C, bánh răng trụ tương

ứng của nó có đường răng dạng cung tròn. Đặc điểm của bánh răng loại này có góc
nghiêng thay đổi từ giữa đến hai mặt mút. Theo dự đoán của nhóm nghiên cứu,
loại bánh răng này có thể thay thế bánh răng chữ V trong các truyền động bánh
răng trụ.
Với ý tưởng tạo ra một loại bánh răng thay thế bánh răng chữ V có dạng chữ
C trong không gian. Nếu tạo hình được đường răng cong dạng này chính xác thì
răng sẽ có độ cong không đổi trên suốt chiều dài răng và khi đó đường răng sinh
(thanh răng cơ sở) là cung tròn.
Trong thực tế kỹ thuật, chưa có máy công cụ chuyên dùng để tạo hình đường
răng cong dạng cung tròn cho bánh răng trụ, và trong thực tế kỹ thuật cũng chưa
có bánh răng dạng này. Vì vậy việc nghiên cứu, phát triển mô hình truyền động
răng dạng này là đóng góp mới cho kỹ thuật cơ khí. Và với các công cụ phần mềm
CAD/CAM hiện đại cho phép thiết kế hình học các chi tiết có bề mặt hình học
phức tạp và tự động lập trình các chương trình số để điều khiển máy công cụ CNC
theo phương pháp điều khiển biên dạng là cơ sở tin cậy để chế tạo thành công loại
răng này.


3
Trên cơ sở phân tích trên, tác giả đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ
TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY CNC
4D”.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Tổng quan về thiết kế và chế tạo răng trụ, và định hướng về nghiên cứu
đường răng dạng chữ C trong không gian.
- Cơ bản về hình học bánh răng trụ răng cong.
- Thiết kế và mô phỏng bộ truyền trên máy tính.
- Tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm bánh răng trụ răng cong.
- Nhận định kết quả và hướng phát triền.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

3.1. Ý nghĩa khoa học.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp mới về cơ sở lý thuyết về tính toán,
thiết kế hình học tạo hình bánh răng trụ răng cong; phương pháp thiết kế bánh răng
trụ răng cong trên máy tính; phương pháp chế tạo bánh răng trụ răng cong trên máy
công cụ CNC.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn.
Phát triển ứng dụng công nghệ CAD-CAM- CNC để điều khiển quá trình
tạo hình đường răng cong trên mặt trụ, trong chế tạo bánh răng trụ.
Chế tạo được bộ truyền bánh răng trụ có dạng đường răng cong, đóng góp
cho ngành kỹ thuật cơ khí trong thiết kế và chế tạo một loại bánh răng có tính năng
kỹ thuật và ứng dụng cao.
4. Phương pháp và phương pháp luận.
4.1. Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài thuộc dạng nghiên cứu – triển khai, thực nghiệm.
Việc nghiên cứu:


4
- Đề xuất ý tưởng mới và kiểm nghiệm ý tưởng đó bằng thiết kế trên máy tính,
đưa ra một mô hình truyền động mới.
Việc triển khai- thực nghiệm:
- Xác lập cơ sở lý thuyết tạo hình bánh răng trụ răng cong.
- Thiết kế hình học bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy tính.
- Phân tích và lựa chọn được phương pháp tạo hình trong kỹ thuật.
- Chế tạo thử bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4D.
4.2. Phương pháp luận.
Trên cơ sở về kiến thức thiết kế, chế tạo truyền động răng và các ứng dụng
bộ truyền bánh răng trong kỹ thuật, qua phân tích những ưu điểm và hạn chế của
các bộ truyền bánh răng thẳng, răng nghiêng để đưa ra kiểu bộ truyền bánh răng
mới có thể khắc phục được những hạn chế của chúng. Kiểu bộ truyền đó chính là

bộ truyền bánh răng trụ răng cong.
5. Nội dung của đề tài.
Các nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
1. Tổng quan bộ truyền bánh trụ răng thẳng.
2. Bộ truyền bánh răng trụ răng cong.
3. Thiết kế chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy tính.
4. Thử nghiệm chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong.
5. Kết luận và hướng phát triển của đề tài.


5
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ
1.1 Giới thiệu chung
Truyền động bánh răng trụ dùng để truyền chuyển động và truyền mô men
xoắn giữa hai trục song song làm việc theo nguyên lý ăn khớp. Hiện nay bánh răng
trụ có 2 dạng đường răng là đường răng thẳng và đường răng xoắn vít trụ (răng
nghiêng). Bộ truyền bánh răng trụ được dùng rộng rãi nhất và không thể thay thế
vì truyền động bánh răng trụ có ưu điểm là tính thiết kế và chế tạo đơn giản, có thể
ứng dụng các biện pháp công nghệ từ phay, bào, xọc, mài. Nhưng bên cạnh đó bộ
truyền bánh răng trụ cũng có những hạn chế nhất định. Do đó việc nghiên cứu cải
tiến về hình dáng, vật liệu để nâng cao hiệu quả sử dụng là rất cần thiết.
1.2 Các loại bộ truyền bánh răng trụ
1.2.1 Bộ truyền bánh răng thẳng
Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng là bộ truyền có đường răng là đường thẳng
song song với trục của bánh răng. Nó được dùng để truyền chuyển động giữa các
trục song song với nhau.
Các dạng đường cong dùng được chọn làm biên dạng răng của răng trụ răng
thẳng là :
- Đường cong thân khai (Ơle tìm ra năm 1760). Dạng đường răng này được

dùng phổ biến nhất trong kỹ thuật vì chúng thỏa mãn định lý ăn khớp và có tỉ số
truyền không đổi.
- Đường Xicloit, truyền động bánh răng dạng này có độ chính xác cao nên
được sử dụng chủ yếu cho bánh răng đồng hồ và bánh răng dụng cụ đo.
Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học, động lực học được mô tả
trong [5]


6

a.

b.
Hình 1.1: Bánh răng thẳng.

a. Bộ truyền

b. Biên dạng răng và đường răng

Hiện nay bánh răng thẳng được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp chép hình
(định hình) và bao hình.
- Phương pháp chép hình là biên dạng răng được tạo ra nhờ chép đúng hình
dạng của lưỡi cắt. Với phương pháp gia công chép hình thì quá trình cắt không liên
tục, khi cắt thì cắt từng rãnh răng một, sau đó phân đô để cắt rãnh răng khác.
Phương pháp gia công chép hình có:
+ Phay chép hình: Phương pháp này được sử dụng nhiều trên máy phay vạn
năng có trang bị dụng cụ phân độ. Kiểu dao có thể là dao phay ngón hay dao phay
đĩa. Khi gia công, chi tiết đựơc gá vào ụ phân độ, dao đựợc gá sao cho đừơng kính
ngoài (dao phay đĩa mô đun) hoặc mặt đầu (dao phay ngón) trùng với đừơng sinh
cao nhất của chi tiết. Sau đó, điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có chiều

sâu theo yêu cầu. Gia công xong một răng thì dùng đầu phân độ để quay chi tiết
0

một góc 360 /z (với z là số răng cần gia công) rồi tiếp tục gia công răng tiếp theo,
cứ thế cho đến hết.


7

Hình 1.2: Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng răng
a. Sử dụng dao phay đĩa

b. Sử dụng dao phay ngón

+ Bào định hình: Bào răng định hình được thực hiện trên máy bào răng với
dao định hình cũng có prôfin giống prôfin rãnh răng hoặc dao thông thường với
dưỡng. Khi gia công các rãnh răng thì cũng dùng đầu phân độ theo từng răng.
+ Chuốt định hình: Gia công bánh răng bằng phương pháp chuốt định hình
cho năng suất và độ chính xác cao, thường dùng ở dạng sản xuất hàng loạt lớn và
hàng khối. Theo phương pháp này, dao chuốt có prôfin giống prôfin của rãnh răng.
Có thể chuốt một rãnh hoặc nhiều rãnh cùng một lúc. Sau mỗi hành trình của dao,
một hoặc một số rãnh răng được gia công, muốn gia công các rãnh khác thì chi tiết
được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân độ. Trên hình 1.3 là sơ đồ chuốt răng, dụng
cụ cắt là một bộ dao định hình với từng nấc được lắp vào đầu chuốt. Lượng nâng
của mỗi lưỡi cắt phụ thuộc vào chiều dày lớp phoi được cắt Sz, loại vật liệu bánh
răng và tốc độ cắt v.

Hình 1.3: Sơ đồ chuốt răng

8
- Phương pháp bao hình: Đây là phương pháp sản xuất răng phổ biến hiện nay,
cho năng suất và độ chính xác cao. Với phương pháp bao hình thì biên dạng răng
được hình thành bởi một họ đường cong bao hình. Quá trình gia công là nhắc lại
ăn khớp của bộ truyền bánh răng thẳng. Khi đường bao là đường thân khai người
ta dùng một bánh răng thứ 2 gọi là bánh răng sinh. Khi đường bao là đường thẳng,
người ta dùng một thanh răng thẳng gọi là thanh răng sinh. Dụng cụ cắt bánh răng
thẳng là dao xọc răng hoặc dao trục vít (dao phay lăn răng) còn thiết bị gia công là
máy phay lăn răng hay máy xọc răng.

Hình 1.4: Sơ đồ xọc răng bao hình

Hình 1.5: Nguyễn lý bao hình biên dạng răng
Bánh răng trụ răng thẳng có ưu điểm là đường răng thẳng nên dễ chế tạo,
tính toán, dễ lắp láp, thiết bị và dụng cụ chế tạo đơn giản, rẻ tiền. Trong quá trình
làm việc không có lực dọc trục vì vậy giảm chi phí cho ổ nên được sử dụng rất
rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong đời sống. Nhưng chúng cũng có nhiều


9
nhược điểm như là hệ số trùng khớp thấp, khả năng tải không cao, độ ồn lớn vì
khi ăn khớp, chịu tải và thôi ăn khớp cùng một lúc nên gây ra tiếng ồn cũng như
khả năng chịu tải thấp. Muốn tăng hệ số trùng khớp thì phải tăng đường kính. Vì
thế, trong các truyền động có tốc độ cao thì người ta dùng bánh răng trụ răng
nghiêng.
1.2.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng
Bánh răng nghiêng ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của bánh răng
thẳng là hệ số trùng khớp lớn hơn cho nên khả năng tải lớn hơn so với bộ truyền
bánh răng thẳng cùng mô đun. Cũng nhờ hệ số trùng khớp lớn nên bánh răng
nghiêng truyền động êm hơn nên nó có thể làm việc ở tốc độ cao hơn nhiều so với

bánh răng thẳng. Phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền mở rộng hơn bánh răng thẳng.
Đường răng của bánh răng trụ răng nghiêng là đường xoắn vít trụ tròn, với
dạng đường này hệ số trùng khớp tăng, hệ số tải lớn. Góc nghiêng của răng ở các
bánh răng trong cùng một bộ truyền đều bằng nhau nhưng khác dấu.

a

b

Hình 1.6: Bánh răng trụ răng nghiêng
a. Bộ truyền

b. Biên dạng răng và đường răng

Trong bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng khi truyền động các đôi răng
không vào tiếp xúc nhau trên toàn bộ chiều dài răng mà vào khớp dần dần, đường
tiếp xúc lan dần trên chiều dài răng, đôi răng trước ra khớp bao nhiêu thì đôi răng
sau vào khơp bấy nhiêu vào khớp nên các răng chịu tải và thôi tải dần dần. Ngoài


10
ra, trong vùng ăn khớp bao giờ cũng có ít nhất hai đôi răng. Vì răng nghiêng ăn
khớp êm nên giảm tiếng ồn khi làm việc và tải trọng động giảm xuống. Do đó các
bộ truyền quay nhanh, người ta sử dụng bánh răng nghiêng.
Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học động lực học của bánh
răng nghiêng được mô tả trong [5]
Cũng như bánh răng thẳng, hiện nay bánh răng nghiêng được chế bằng hai
phương pháp chủ yếu là phương pháp chép hình và phương pháp bao hình.
- Khi chế tạo bằng phương pháp chép hình, việc gá dao và chi tiết cũng như
phân độ để cắt răng giống như với răng thẳng, chỉ khác một điều là phải quay bàn

máy đi một góc β phù hợp với góc nghiêng của răng. Để tạo được răng nghiêng
cần thực hiện đồng bộ chạy dao của bàn máy và chuyển động quay của đầu phân
độ. Khi quay bàn máy cần chú ý chiều nghiêng của răng trên chi tiết, đối với răng
nghiêng trái thì bàn máy quay theo chiều đồng hồ khi nhìn từ trên xuống (hình 1.7)
và khi răng nghiêng phải thì quay bàn máy ngược chiều đồng hồ.

Hình 1.7: Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên máy phay vạn năng
Phương pháp chép hình đạt năng suất, độ chính xác thấp và rất khó khăn
trong việc điều chỉnh chính xác vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công.
Phương pháp này được dùng chủ yếu trong các nhà máy sản xuất nhỏ hoặc trong
cá nhà máy sửa chữa hoặc chế tạo các bánh răng có mô đun và đường kính lớn mà
các phương pháp gia công khác không thực hiện được.
Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp chép hình người ta chế tạo
bánh răng trụ răng nghiêng bằng phương pháp bao hình. Điển hình cho phương
pháp này là phay, xọc, mài. Ưu điểm của phương pháp này đường răng xoắn vít
trụ nên độ cong và độ xoắn không thay đổi. Và công nghệ chế tạo được hoàn thiện
với máy phay lăn răng cùng với công nghệ chế tạo dao phay răng răng.


11

a

b

Hình 1.8: Phay bánh răng nghiêng bằng phương pháp bao hình
a. Phay lăn răng

b. Xọc răng

Bên cạnh các ưu điểm của bánh răng nghiêng thì chúng cũng có nhược điểm
là xuất hiện lực dọc trục trong quá truyền chuyển động nên chi phí cho ổ đỡ chặn
là rất lớn. Đặc biệt là các bộ truyền có công suất lớn như các bộ truyền trong các
lĩnh vực xây dựng, giao thông, tàu thuyền, máy công nghiệp nặng, thì chi phí về ổ
là rất cao. Để khắc phục được hạn chế này người ta thay thế bánh răng nghiêng
thành bánh răng chữ V.
1.2.3 Bộ truyền bánh răng chữ V
Những nhược điểm của bánh răng nghiêng được khắc phục bởi bánh răng
chữ V. Đặc điểm của bánh răng chữ V là đường răng nghiêng tạo thành hình chữ
V để triệt tiêu thành phần lực dọc trục. Như vậy, bánh răng chữ V gồm 2 bánh răng
nghiêng có cùng góc nghiêng nhưng theo hai hướng khác nhau. Do đó tất cả các
công thức tính toán về hình học của bánh răng nghiêng đều phù hợp với bánh răng
chữ V và được mô tả trong [5].

Hình 1.9: Bánh răng chữ V


12
Khi chế tạo bánh răng chữ V, phương pháp phay chép hình cũng có thể gia
công được bánh răng chữ bằng dao phay ngón mô đun trên máy phay vạn năng có
cơ cấu phân độ và đảo chiều quay của bánh răng trong quá trình chạy dao dọc
(tương tự như răng nghiêng nhưng phải làm hai lần) hoặc gia công trên máy bán
tự động chuyên dùng hoặc máy CNC. Với phương pháp gia công này có năng suất
tháp và độ chính xác không cao.

Hình 1.10: Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp chép hình
Khi chế tạo bánh răng chữ V bằng bằng phương pháp bao hình sẽ cho năng
suất và độ chính xác cao. Việc gia công được thực hiện trên máy phay lăn răng,
dụng cụ được dùng là dao phay răng kiểu trục vít. Phương pháp này được thực
hiện khi bánh răng chữ V có rãnh thoát dao ở giữa.

Hình 1.11: Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp bao hình
Bánh răng chữ V có ưu điểm là khả năng tải lớn, truyền động êm và không
có lực dọc trục. Chính vì thế trong các truyền động có công suất lớn thì bánh răng
chữ V được sử dụng và gần như không thể thay thế chúng. Nhưng bên cạnh đó nó
cũng có một số nhược điểm như là chế tạo khó khăn, nhất là các bánh răng có


13
đường kính và mô đun nhỏ thì không còn không gian để gia công. Chi phí cho sản
xuất chế tạo lớn. Ở Việt Nam ít có máy chuyên dùng nên khó khăn trong việc chế
tạo và hay thế. Với việc chế tạo bánh răng chữ V ở Việt Nam sử dụng các giải pháp
công nghệ nên độ chính xác không cao nên thường xẩy ra hư hỏng đầu răng.
Trong thực tế bộ truyền bánh răng chữ V chỉ được ứng dụng với những bộ
truyền có mô đun lớn và công suất lớn. Bởi vì đối với bánh răng chữ V rất khó chế
tạo với những bánh răng có môn đun nhỏ và công suất nhỏ bới vì nó không có
không gian để chế tạo.
1.3 Kết luận
Các bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng hay bánh răng chữ V
được sử dụng rông rãi trong truyền động kỹ thuật nhờ các đặc tính ưu việt của
chúng về truyền lực và truyền động theo tỉ số truyền. Kỹ thuật thiết kế bộ truyền
bánh răng trụ đã được hoàn thiện, các thông số thiết kế đã được tiêu chuẩn hoá
theo các hệ thống tiêu chuẩn trên thế giới, có thể thiết kế trên máy tính một cách
nhanh chóng và thuận lợi; Về chế tạo bánh răng trụ có thể gia công theo phương
pháp chép hình biên dạng răng trên máy vạn năng, hoặc bao hình biên dạng răng
trên các máy công cụ chuyên dung. Măt khác, cũng có thể ứng dụng công nghệ
CAD/CAM- CNC để thiết kế và chế tạo chúng trên máy công cụ CNC.
Với đề xuất của nhóm nghiên cứu ở Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí,
Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên là có thể thiết kế bánh răng
trụ răng cong dạng cung tròn thay thế cho bánh răng chữ V. Các khảo sát trên là

cơ sở tính toán thiết kế và lựa chọn phương pháp chế tạo loại bánh răng này ở các
chương tiếp theo.


14
Chương 2
BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG
2.1 Phần khái quát.
Để hạn chế khó khăn trong việc chế tạo bánh răng chữ V người ta làm rãnh
thoát dao ở phần chuyển hướng của đường răng. Nhưng với cách làm này gây nên
điểm yếu của bánh răng làm cho chúng thường mẽ và gãy trong quá trình truyền
tải.
Với ý tưởng thay thế chữ V hở bằng bánh răng cung liên tục. Khi đó góc xoắn
ở đỉnh chữ V bằng không để không tạo tập trung ứng suất, điều này cũng tận dụng
được đặc điểm không phát sinh lực dọc trục trên toàn bộ đường răng và có hệ số
trùng khớp cao.
Hiện nay, hiệu quả của bánh răng côn xoắn đã được chứng minh là ăn khớp
êm, ít tiếng ồn, thời gian ăn khớp dài, độ bền răng lớn, độ mòn ít, độ nhạy đối với
sai số khi lắp nhỏ. Với ý tưởng của đề tài là cải thiện đường răng thẳng thành một
cung liên tục để nâng cao hiệu quả ăn khớp .
Theo lý thuyết bánh răng trụ răng cong hoàn toàn có thể chế tạo bằng phương
pháp bao hình, chép hình…Nhưng với phạm vi đề tài này và năng lực thiết bị tác
giả chọn đề tài ứng dụng máy công cụ CNC 4D để chế tạo theo phương pháp chép
hình.
2.2 Bánh răng trụ răng cong
2.2.1 Đường răng
Đường răng của thanh răng sinh cơ sở là dạng cung tròn, nên bánh răng trụ
tương ứng của nó có đường răng dạng cung tròn nằm trên mặt trụ. Để xác định
phương trình của dạng đường cong này, tiến hành xây dựng mô hình tính toán cho
một đường răng như sau:

15

Hình 2.1: Mô hình xác định đường răng cong
Đường răng là giao tuyến của hai mặt trụ có trục đối xứng vuông góc với
nhau, một mặt trụ đi qua đường kính vòng chia chứa đường răng, một mặt trụ còn
lại có bán kính bằng bán kính cong của đường răng gọi là mặt trụ cơ sở tạo đường
răng
Phương trình mặt trụ chứa đường răng trong hệ tọa độ Oxyz:
x2 + z2 = r2
b
{ b
− ≤y≤
2

( 2.1)

2

Trong đó :
r là bán kính cong của mặt trụ.
b là chiều rộng của bánh răng.
Phương trình mặt trụ cơ sở trong hệ tọa độ O1 xy1 z1 :
x21 + y21 = R2

{

𝑧1

Trong đó : R là bán kính cong của mặt trụ sinh.

( 2.2)