Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chế tạo bánh răng thân khai răng nghiêng theo phương pháp bao hình không tâm tích

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Họ và tên tác giả luận văn
PHẠM THỊ THU HẰNG

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO BÁNH
RĂNG TRỤ THÂN KHAI RĂNG NGHIÊNG THEO PHƯƠNG PHÁP BAO
HÌNH KHÔNG TÂM TÍCH

Chuyên ngành : CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG
2. TS. BÙI NGỌC TUYÊN

Hà Nội – Năm 2012

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

1


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

LỜI CAM ĐOAN

 

Tôi Phạm thị thu Hằng là học viên của lớp 10BCTM Chuyên ngành chế tạo

máy. Sau một thời gian học tập, nghiên cứu được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo,
đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của các thầy GS.TSKH. Bành Tiến Long và TS.
Bùi Ngọc Tuyên tôi đã đi đến chặng đường cuối cùng của khóa học.

Trong quá trình học tập và dưới sự giúp đỡ định hướng của các thầy, cô
tôi đã chọn đề tài “ Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chế tạo bánh răng
trụ thân khai răng nghiêng theo phương pháp bao hình không tâm tích” làm
đề tài nghiên cứu.
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của các thầy và các tài liệu tham khảo đã liệt kê. Tôi không sao
chép công trình của cá nhân khác dưới bất kỳ hình thức nào. Nếu sai tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật.
Người cam đoan

Phạm Thị Thu Hằng

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

2


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

LỜI NÓI ĐẦU
Phát triển công nghiệp chế tạo máy là cơ sở để phát triển mọi ngành công
nghiệp khác. Trong chế tạo máy, truyền động bánh răng chiếm một vị trí rất quan

trọng và là loại chi tiết máy được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
cũng như trong các máy móc thiết bị dùng trong đời sống sinh hoạt. Chúng là
những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnh hưởng trực tiếp
đến chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy.
Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt kim loại phức tạp nhất. Có lẽ không
một ngành nghề nào lại đòi hỏi những kiến thức sâu, rộng và khả năng sáng tạo
như ở gia công bánh răng. Để gia công bánh răng cần phải hiểu biết sâu sắc lý
thuyết ăn khớp bánh răng, khả năng tính toán các thông số hình học của bánh răng,
phân tích sơ đồ động của máy cắt răng và tính toán các thông số điều chỉnh máy.
Gia công bánh răng là một công việc khó đòi hỏi phải có những máy móc thiết bị
hiện đại như máy phay lăn răng, máy xọc răng, máy CNC …những dụng cụ chuyên
dùng như dao phay lăn răng, dao xọc răng,… đảm bảo bánh răng chế tạo đạt được
các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Ngày nay, trong quá trình sản xuất các bánh răng tiêu chuẩn và trong sản
xuất loạt lớn và hàng khối người ta thường sử dụng phương pháp gia công bao hình
có tâm tích. Tuy nhiên, trong thực tế nhiều khi cơ sở sản xuất có nhu cầu sản xuất
bánh răng theo loại hình sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ phục vụ cho thay thế, sửa chữa
nhưng không có các thiết bị, dụng cụ gia công răng theo phương pháp gia công bao
hình có tâm tích hoặc có nhu cầu chế tạo các bánh răng thân khai môdun phi tiêu
chuẩn, những bánh răng thân khai nghiêng có β lớn…. Trong những trường hợp
này, việc chế tạo bánh răng theo phương pháp trên thường không gặp nhiều khó
khăn, không thích hợp. Mặt khác chúng ta cũng cần phải quan tâm đến việc tiết
kiệm, tận dụng tối đa nguồn thiết bị máy công cụ vạn năng sẵn có. Chúng ta có thể
sử dụng các máy phay vạn năng với các dao phay đĩa môdun để gia công các bánh

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

3

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

răng trụ thẳng theo phương pháp chép hình hoặc gia công các bánh răng nghiêng
theo phương pháp bao hình không tâm tích.
Ở nước ta, các công trình nghiên cứu, cũng như các tai liệu về lý thuyết tạo
hình và việc gia công bánh răng nghiêng thân khai bằng phương pháp bao hình
không tâm tích chưa nhiều. Chính vì vậy việc nghiên cứu lý thuyết tạo hình và việc
gia công bánh răng nghiêng thân khai bằng phương pháp bao hình không tâm tích là
một vấn đề cần được quan tâm.
Từ đó nhằm mục đích đáp ứng yêu cầu gia công bánh răng trụ thân khai răng
nghiêng có β lớn trong sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ, hoặc thay thế thì đề tài này sẽ
đáp ứng được yêu cầu đó.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình viết đề tài không tránh
khỏi những thiếu sót. Vì vậy em rất mong nhân được sự đóng góp ý kiến của các
thầy, cô giáo và các bạn đọc để đề tài này càng hoàn thiện hơn.
Xin cám ơn các thầy hướng dẫn GS- TSKH Bành Tiến Long và TS.

Bùi Ngọc Tuyên, cùng toàn thể các thầy, cô trong Viện Cơ khí đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Trân trọng cám ơn!

Hà nội, tháng 3 năm 2012
Học viên:

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

Phạm Thị Thu Hằng

4

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 

m - Môdun
Z - Số răng của bánh răng
d - Vòng chia và đường kính vòng chia
α - Góc ăn khớp (góc áp lực)

δ - Góc cắt
ξ – hệ số dịch chỉnh dao
ms - Môdun ngang
mn - Môdun pháp
B - Chiều rộng bánh răng

β - Góc nghiêng răng
hd - Hệ số chiều cao đỉnh răng
hc - Hệ số chiều cao chân răng
h - Chiều cao răng
c - Hệ số khe hở chân răng
d1, d2 - Đường kính vòng tròn lăn
df1, df2 - Đường kính vòng tròn chân răng
da1, da2 - Đường kính vòng tròn đỉnh răng
aw- Khoảng cách trục
Zgc- Là số răng của bánh răng cần gia công

γ - Góc trước của dao
αN - Góc sau tại tiết diện pháp tuyến

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

5


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

dc1, dc2 - Đường kính vòng chia

αb - Là góc sau ở đỉnh răng, thường bằng khoảng 120.
Re - Là đường kính đỉnh răng
Rn - Là đường kính tại điểm cần khảo sát

ϕ - Là góc nghiêng của đường tiếp tuyến với profile tại điểm đang khảo sát.
Sph- Tốc độ chạy dao phút
Cs – Hệ số được tra ở bảng
ro - Bán kính vòng cơ sở
rc - Bán kính vòng chia
rx - Bán kính ứng với điểm M bất kì trên profin
re - Bán kính đỉnh răng
ri - Bán kính chân răng

∆Sc- Lượng giảm chiều dày răng trên vòng chia để tạo khe hở sườn răng khi ăn khớp.
i - Tỉ số truyền của bộ bánh răng
P – Bước ren của trục vít me bàn máy
S – Bước xoắn của bánh răng trụ răng nghiêng cần gia công
N – Tỉ số truyền giữa trục vít và bánh vít
z0 - số răng trên bánh vít
K - Số đầu mối của trục vít
tx - Bước ren

tp - Bước xoắn
d0 - Đường kính vòng tròn cơ sở

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

6


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

DANH MỤC CÁC BẢNG 
STT

Tên bảng

Trang

1

32

2

Hệ số ảnh hưởng của vật liệu gia công khác nhau tới lượng chạy
dao:
Tốc độ cắt khi phay bằng dao phay đĩa môđun.

3

Các hệ thức để xác định các tham số Ru ,zu, σ u của profin dụng cụ

55

4

Bảng tra số răng gia công của dao phay bộ gồm 8 dao

66

5

Bảng tra hệ số H và E

83

6

Bảng tra hệ số k

84

8

Kiểm tra một số điểm trên sườn trái và phải của răng

92

33

 

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 
STT

Tên hình vẽ đồ thị

Trang

1

Các bộ truyền bánh răng

2

Sơ đồ nguyên lý tạo đường thân khai

3

Sơ đồ nguyên lý tạo biên dạng mặt trụ thân khai răng thẳng bằng
phương pháp bao hình

4

Sơ đồ nguyên lý tạo biên dạng thân khai mặt răng bánh răng trụ
răng nghiêng bằng phương pháp bao hình

5

Các thông số của bánh răng trụ răng nghiêng

6

Phay bằng dao phay đĩa và phay ngón môđun

7

Sơ đồ quá trình cắt răng bằng dao phay đĩa môdun

8

Dao phay đĩa

20
24
28
29

9

Thông số hình học của dao phay đĩa môdun

31

10

Nguyên lý cắt răng trụ bằng dao phay đĩa modun

11

Nguyên lý phay lăn răng

31
35

12

Nguyên lý cắt răng

13

Sơ đồ phay lăn răng

14

Dao phay lăn dạng trục vít

15

Sơ đồ nguyên lý của máy phay lăn răng thông thường

16

Sơ đồ xọc răng

17

11
16
18
18

9

Sơ đồ nguyên lý máy xọc răng

18

Xọc răng

19

Máy phay CNC

20

Dao phay ngón chuôi côn

21

Các loại dao phay ngón chuôi côn

22

Mô tả chuyển động xoắn vít của một mặt helicoid

23

Minh họa mối quan hệ của 2 hệ trục tọa độ Oxyz và O1x1y1z1

24

Sơ đồ tính profin bánh răng thân khai

25

Biên dạng răng của bánh răng nghiêng lý thuyết

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

36
37
37
38
39
40
40
42
42
42
44
45
46
48

8


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

26

Sơ đồ xác định profile dụng cụ hình đĩa

27

Các tham số profin chi tiết

49

28

Đồ thị hàm θ (τ ) khi a) n2>n1; b) n2
53

29

Sơ đồ chuyển động

57

30

Sơ đồ phay bánh răng nghiêng

59

31

Hướng chéo của dao phay đĩa và các yếu tố của rãnh xoắn

60

32

Sơ đồ truyền động

60

33

Sơ đồ động khi phay bánh răng trụ răng nghiêng trên máy phay vạn
năng
Cách lắp bánh răng thay thế

61

34

61
64

35

Cách xoay bàn máy một góc β để phay bánh răng

36

Các thông số và thành phần của một bánh răng trụ răng nghiêng

65

37

Dao phay môdun đĩa có môdun 5 và loại dao số 2

69

38

Bạc chặn

72

39

Thực hiện ghép cụ thể trên đồ gá

72

40

Sơ đồ nguyên lý phay

73

41

Gá phôi trên trục gá

74

42

Căn định tâm dao trùng tâm phôi

74

43

Biểu diễn các bánh răng thay thế trên máy

74

44

Cấu tạo đâu phân độ

76

45

Biên dang răng của bánh răng nghiêng lý thuyết

76

46

Thể hiện cách đo bề dày răng

82

47

Thể hiện cách đo kích thước

82

48

Thể hiện cách kiểm tra ăn khớp và tiếp xúc

83

49

Mô hình cấu tạo chung của máy CMM

84

50

Sơ đồ thiết lập hệ trục tọa độ

86

51

Profin lý thuyết của bánh răng

89

52

Tập điểm đo của profin gia công bánh răng

91

53

Cách xác định sai số ∆

91

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

9


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

Mục Lục 
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 1 

LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................................... 3 
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... 5 
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... 7 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ................................................................................. 8 
Mục Lục ............................................................................................................................... 10 
Phần mở đầu ........................................................................................................................ 12 

1.Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 12 
2. Lịch sử nghiên cứu ........................................................................................... 13 
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu. ............... 15 
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả .............. 15 
5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 16 
6. Dự kiến kết quả đạt được .................................................................................. 16 
7. Cấu trúc của luận văn ....................................................................................... 16 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÁNH RĂNG THÂN KHAI16 

1.1.Tổng quan về bánh răng thân khai ................................................................. 17 
1.1.1.Nguyên lý hình thành đường thân khai ......................................................... 17 
1.1.2. Nguyên lý hình thành mặt thân khai ............................................................. 19 
1.1.3. Tổng quan bánh răng trụ thân khai ............................................................ 20 

1.2. Các phương pháp gia công bánh răng trụ thân khai..................................... 28 
1.2.1. Phương pháp chép hình.(Form - copying method) ...................................... 28 
1.2.2. Phương pháp bao hình. (Generating method) ............................................. 35 
CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ CHÍNH XÁC PROFIN CỦA DAO PHAY ĐĨA MÔDUN ĐỂ
GIA CÔNG BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI RĂNG NGHIÊNG .................................. 45 
2.1. Xây dựng phương trình lý thuyết của bề mặt bánh răng trụ răng nghiêng thân khai45 
2.2. Thiết kế về profin của dao phay đĩa modun để gia công bánh răng nghiêng. ......... 50 

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

10


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM GIA CÔNG GẦN ĐÚNG BÁNH RĂNG TRỤ THÂN
KHAI RĂNG NGHIÊNG THEO PHƯƠNG PHÁP BAO HÌNH KHÔNG TÂM TÍCH ... 60 

3.1.Lý thuyết gia công bánh răng nghiêng theo phương pháp bao hình gần
đúng ....................................................................................................................... 60 
3.1.1 Nguyên tắc hình thành rãnh xoắn khi phay bánh răng trụ răng nghiêng.......... 60 
3.1.2.. Tính bộ bánh răng thay thế .............................................................................. 62 
3.1.3. Lắp bộ bánh răng thay thế và xoay góc nghiêng bàn máy khi phay bánh răng
trụ răng nghiêng. .................................................................................................... 64 
3.1.4. Xoay bàn máy.................................................................................................... 66 
3.1.5. Tính và chọn dao phay ................................................................................... 66 
3.1.6. Tiến hành phay.................................................................................................. 67 
3.2. Thiết kế mô hình thực nghiệm .................................................................................. 70 
3.2.1. Thiết kế bản vẽ chế tạo bánh răng nghiêng thực nghiệm ................................. 70 
3.2.2. Thực nghiệm gia công ....................................................................................... 72 
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ SAI SỐ VÀ KẾT LUẬN ................. 80 

4.1. Xây dựng bề mặt răng lý thuyết bánh răng thực nghiệm............................... 80 
4.1.1. Xây dựng phương trình bề mặt ......................................................................... 80 
4.1.2. Xây dựng thuật toán và phần mềm mô phỏng bề mặt nguyên lý chi tiết .......... 81 

4.2. Tiến hành kiểm tra đánh giá sai số ................................................................ 83 
4.2.1. Cách kiểm tra truyền thống............................................................................... 83 
4.2.2. Kiểm tra profin của bánh răng thự nghiệm bằng ứng dụng CMM ................... 86 

4.2.3. Sơ đồ và quá trình đo ........................................................................................ 89 
4.2.4. Xử lý số liệu sau khi đo ..................................................................................... 90 

4.3. Đánh giá khi gia công bằng phương pháp này. ........................................... 94 
4.4. Những kết luận mới ...................................................................................... 94 
4.5. Đóng góp mới và kiến nghị của tác giả về sử dụng kết quả nghiên cứu của
luận văn ................................................................................................................. 94 
PHỤ LỤC ................................................................................................................... 96 
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 100 

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

11


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

Phần mở đầu
1.Lý do chọn đề tài

Truyền động bánh răng là loại chi tiết được sử dụng rộng rãi trong các ngành
công nghiệp cũng như trong các máy móc thiết bị dùng trong đời sống sinh hoạt.
Đăc biệt, Trong chế tạo máy, truyền động bánh răng nói chung chiêm một vị trí rất
quan trọng, đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnh hưởng trực tiếp đến
chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy. Chúng có những ưu điểm như:
kích thước nhỏ gọn, khả năng tải lớn, tỷ số truyền không thay đổi, hiệu suất có thể
đạt 0,97-0,99, tuổi thọ cao và làm việc tin cậy.
Bánh răng là những chi tiết
dùng để truyền lực và chuyển
động nhờ ăn khớp mà ta thường

thấy trong các loại máy móc. Sử
dụng bộ truyền bánh răng có thể
truyền được chuyển động quay
giữa các trục song song nhau,
chéo nhau hoặc cắt nhau.

Hình 1: Các bộ truyền bánh răng

Có nhiều loại bộ truyền bánh răng được sử dụng trong thực tế (hình 1). Các bộ
truyền bánh răng với biên dạng răng hiện nay chủ yếu sử dụng ba đường cong sau
đây: đường thân khai, đường cycloid, cung tròn.
Nhưng ứng dụng của bánh răng thân khai là phổ biến nhất, nó được dùng
trong ôtô, máy kéo, hộp tốc độ, máy công cụ, máy nông nghiệp, máy cần cẩu , băng
tải và nhiều loại thiết bị khác.
Gia công bánh răng là một công việc khó vì vừa phải đảm bảo cho được các
chỉ tiêu kỹ thuật vừa phải kinh tế. Chọn phương pháp gia công bánh răng phụ thuộc

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

12


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

vào vật liệu, độ chính xác và kết cấu của bánh răng, yêu cầu về khả năng truyền tải
và các chỉ tiêu kinh tế.
Có nhiều phương pháp gia công bánh răng, trong ngành cơ khí. Thông
thường, trong sản xuất hàng loạt, hàng khối các bánh răng thân khai tiêu chuẩn
thường sử dụng các phương pháp bao hình có tâm tích, khác với những bánh răng
thân khai môđun phi tiêu chuẩn, những bánh răng thân khai nghiêng có β lớn trong

sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ thường sử dụng các phương pháp chép hình hoặc bao
hình không tâm tích.
Ở nước ta, các công trình nghiên cứu, cũng như các tài liệu về lý thuyết tạo
hình chính xác bề mặt răng bánh răng nghiêng thân khai theo phương pháp bao hình
không tâm tích chưa nhiều. Chính vì vậy việc nghiên cứu lý thuyết tạo hình chính
xác bề mặt răng bánh răng nghiêng thân khai trong gia công bánh răng nghiêng thân
khai bằng phương pháp bao hình không tâm tích là một vấn đề cần được quan tâm.
Mặt khác, hiện nay trên địa bàn cả nước các máy phay vạn năng được sử dụng
rộng rãi. Tuy nhiên, việc nghiên cứu công nghệ gia công gần đúng bánh răng
nghiêng thân khai bằng dao phay đĩa môdun theo phương pháp bao hình không tâm
tích nhằm đạt được độ chính xác và năng suất yêu cầu cũng chưa được quan tâm
nghiên cứu nhiều.
Vì vậy, với các lý do đã trình bày ở trên, tôi đã chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU
CHẾ TẠO BÁNH RĂNG TRỤ THÂN KHAI RĂNG NGHIÊNG THEO
PHƯƠNG PHÁP BAO HÌNH KHÔNG TÂM TÍCH” để làm đề tài luận văn tốt
nghiệp cao học.
2.  Lịch sử nghiên cứu 
Từ hàng mấy trăm năm trước công nguyên, loài người đã biết dùng bánh răng
trong hộp giảm tốc để chuyền truyền động đã được mô tả trong sách của Alexanđri
ở cuối thế kỉ thứ ba.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

13


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

Về sau đã xuất hiện nhiều nhà bác học có những công trình lớn cho khoa học
như Ơle, người đã xây dựng lí thuyết ăn khớp của bánh răng thân khai, Merít trong

lĩnh vực bánh răng.
Ở nước ta từ lâu đã biết dùng bánh răng (trong máy ép nước mía). Thời Lý,
Trần đã chế tạo được máy đồng hồ đơn giản, rùa máy bơi dưới nước ….
Ngày nay với sự phát triển khoa học công nghệ, các loại máy móc, thiết bị
gia công ngày càng phát triển với công suất và tốc độ cao. Nhiều loại máy mới xuất
hiện, trình độ chế tạo tiến bộ không ngừng, kinh nghiệm và kiến thức ngày càng
phong phú. Máy móc, công nghệ gia công bánh răng cũng phát triển không ngừng,
với nhiều phương pháp gia công cắt gọt như tiện, phay, xọc, chuốt, bào, mài…,gia
công CNC, gia công áp lực,.. áp dụng trong nhiều loại hình sản xuất như đơn chiếc,
loạt nhỏ, loạt lớn, hay hàng khối. Như viện nghiên cứu cơ khí đã nghiên cứu thành
công công nghệ chế tạo bánh răng tốc độ thấp cho máy công cụ, xí nghiệp cơ
khí Quang Trung đã nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công bộ truyền động bánh

răng hành tinh tích hợp trong cụm cơ cấu nâng, ngoài ra để chế tạo các chi tiết
lớn có độ bền cao, đặc biệt là các bánh răng có kích thước lớn của các hộp giảm tốc,
người ta phải sử dụng công nghệ rèn ép. Công nghệ này đòi hỏi phải đầu tư các thiết
bị ép thuỷ lực có lực ép đến hàng chục nghìn tấn. Nhưng nhóm nghiên cứu thuộc
Viện nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công nghiệp) đã thực hiện thành công công nghệ phối
hợp hàn và gia công áp lực tạo phôi chi tiết lớn chất lượng cao…
Trong thực tế nhiều khi chúng ta cần sản xuất đơn chiếc các bánh răng thay
thế cho các bánh răng hư hỏng, phục vụ cho sửa chữa những thiết bị. Việc đặt hàng
chế tạo đơn chiếc các bánh răng, đặc biệt là các bánh răng có môdun phi tiêu chuẩn,
bánh răng thân khai nghiêng có β lớn ở các nhà máy gặp nhiều khó khăn, giá thành
đắt….Mặt khác nhiều cơ sở sản xuất lại không có các thiết bị gia công bánh răng
chuyên dùng như máy phay lăn răng, máy xọc răng… hoặc có thiết bị nhưng lại
không có dụng cụ cắt phù hợp. Trong những trường hợp này có thể chế tạo bánh
răng trụ răng thẳng hoặc răng nghiêng trên máy phay vạn năng có đầu phân độ. Ở

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

14


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

Viêt nam hiện nay, các nghiên cứu về lý thuyết tạo hình cũng như công nghệ chế tạo
bánh răng nghiêng theo phương pháp này còn khá hạn chế.

3. M c đích nghiên c u c a lu n văn, đ i t

ng, ph m vi nghiên cứu.  

* Mục đích nghiên cứu của luận văn
Đê tài nhằm các mục tiêu sau:
- Nghiên cứu tìm hiểu, tổng hợp lý thuyết tạo hình, lý thuyết ăn khớp về bánh
răng trụ thân khai, thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ thân khai.
- Phương pháp tính toán prôfin chính xác dao phay đĩa môđun để tạo hình bánh
răng trụ răng nghiêng.
- Thực nghiệm gia công chế tạo gần đúng bánh răng trụ thân khai răng nghiêng
theo phương pháp bao hình không tâm tích.
- Kiểm tra đánh giá độ chính xác của bánh răng chế tạo theo phương pháp gần
đúng này bằng các dụng cụ đo truyền thống và bằng máy đo tọa độ 3 chiều.
* Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu.
- Nghiên cứu về lý thuyết tạo hình chính xác bề mặt răng của bánh răng thân khai
răng nghiêng theo phương pháp bao hình không tâm tích.
- Nghiên cứu thực nghiệm gia công chế tạo gần đúng bánh răng trụ thân khai răng
nghiêng theo phương pháp bao hình không tâm tích bằng dao phay đĩa môdun
trên máy phay vạn năng .
4. Tóm t t cô đ ng các lu n đi m c  b n và đóng góp m i c a tác gi  
- Xây dựng được phương trình lý thuyết của bề mặt răng bánh răng trụ thân khai

răng nghiêng, mô hình hóa bề mặt răng nghiêng.
- Xây dựng được phương trình lý thuyết của profin dao phay đĩa môdun gia công
chính xác bánh răng nghiêng.
- Thực nghiệm gia công gần đúng bánh răng trụ thân khai răng nghiêng theo
phương pháp bao hình không tâm tích.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

15


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

- Kiểm tra đánh giá sai số theo phương pháp truyền thống và bằng máy đo tọa độ 3
chiều.
* Đóng góp mới của tác giả
- Xây dựng phương trình lý thuyết bề mặt răng bánh răng trụ thân khai răng
nghiêng, mô hình hóa bề mặt răng nghiêng.
- Thiết kế chính xác profin dao phay đĩa môdun khi gia công bánh răng nghiêng
theo phương pháp bao hình không tâm tích.
- Thực nghiêm gia công gần đúng bánh răng nghiêng trên máy phay vạn năng và
kiểm tra đánh giá sai số profin răng bằng máy đo tọa độ 3 chiều (CMM).
5.  Ph

ng pháp nghiên c u 

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
6. D  ki n k t qu  đ t đ

c 

- Xây dựng được phương trình bề mặt của bánh răng trụ thân khai răng nghiêng.
- Đề xuất phương pháp thiết kế chính xác profin dao phay đĩa môdun gia công bánh
răng nghiêng theo phương pháp bao hình không tâm tích.
- Thiết lập quy trình thưc hiện gia công gần đúng bánh răng trụ thân khai răng
nghiêng theo phương pháp bao hình không tâm tích .
- Đề xuất phương pháp kiểm tra đánh giá sai số bằng máy đo tọa độ CMM.
7. Cấu trúc của luận văn 
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về cơ sở lý thuyết của bánh răng thân khai
Chương 2: Xây dựng phương trình lý thuyết của bề mặt bánh răng trụ thân khai.
Chương 3: Thực nghiệm gia công gần đúng bánh răng trụ thân khai răng nghiêng
theo phương pháp bao hình không tâm tích.

Chương 4: Kết quả kiểm tra đánh giá sai số và kết luận.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

16


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

CH

NG 1: C  S  LÝ THUYẾT BÁNH RĂNG THÂN KHAI 

1.1. Tổng quan về bánh răng thân khai 
1.1.1.Gi i thi u v  đ

ng thân khai 

a. Nguyên lý hình thành đường thân khai
Cho một đường thẳng ∆ lăn không trượt trên đường tròn (O,r0), khi đó quĩ
đạo của một một điểm M bất kì trên đường thẳng ∆ chính là một đường thân
khai.(Hình 1.1)

t

X
Mo

ααx

θ

ro

O

M
t

α
αx

N

Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý hình thành đường thân khai.
b. Tính chất đường thân khai

Gọi M là một điểm trên đường thân khai, M0 là chân của đường thân khai
này trên vòng tròn cơ sở và N là tiếp điểm của vòng tròn cơ sở với đường tiếp tuyến
của nó kẻ từ điểm M, ta có: NM 0 = NM
Các đường thân khai của một vòng tròn cơ sở là các đường cách đều nhau
theo phương pháp tuyến. Thật vậy, nếu gọi M, M' là hai điểm trên đường thẳng ∆ ,
khi cho ∆ lăn không trượt trên đường tròn (O,r0), ta luôn có : M0M’o = MM’
Pháp tuyến của đường thân khai là tiếp tuyến của vòng tròn cơ sở, còn tâm
cong của đường thân khai luôn nằm trên vòng tròn cơ sở. Trong hình vẽ trên, tiếp
điểm N giữa vòng tròn cơ sở và đường thẳng ∆ là tâm cong của đường thân khai tại
điểm M.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

17


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

c. Đặc điểm của đường thân khai
Trong ăn khớp của hai profin thân khai của cặp bánh răng, các tiếp điểm
tiếp xúc nằm trên đường ăn khớp, có nghĩa là đường pháp tuyến chung cho cạnh
răng thân khai tại bất kì vị trí tiếp xúc nào đều đi qua một điểm cố định trên tiếp
tuyến với vòng tròn cơ sở của bánh răng. Đường thân khai được dùng để làm biên
dạng răng của bánh răng sẽ đảm bảo tỉ số truyền cố định.
d. Phương trình của đường thân khai
Phương trình đường thân khai cần thiết cho việc nghiên cứu chế độ ăn khớp
của bánh răng và ta sẽ dùng hệ toạ độ cực để biểu diễn đường thân khai.
Ta lấy tâm O của vòng tròn cơ sở làm gốc toạ độ và cho trục Ox đi qua
điểm M0 là chân đường thân khai trên vòng tròn cơ sở.
Khi đó điểm M (hình 1.1) bất kì trên dường thân khai được xác định bằng

toạ độ là bán kính véctơ rx và góc toạ độ θX.
Trong đó : rx= OM

và

θ x = MOM 0

Từ hình vẽ, ta thấy : θ x = MOM 0 = NOM0 - NOM
⇒

θx =

NM 0
−α
r0

Với α là góc giữa bán kính vectơ rX và bán kính r0, nối tâm của vòng tròn cơ
sở và tâm đường thân khai tại M. Góc α cũng là góc giữa pháp tuyến của đường
thân khai tại M và vận tốc của điểm M khi vòng tròn cơ sở quay quanh O. Do đó,
α gọi là góc áp lực.

Ta có : rX =

r0
cosα X

Mặt khác, do tính chất của đường thân khai :
NM0=NM ⇔

NM 0 NM

=
r0
r0

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

mà

tgα X =

NM
⇒ θ X = tgα X − α X
r0

18


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

Từ đó, ta có phương trình đường thân khai như sau :
rX =

r0
cosα X

và

θ X = tgα X − α X

1.1.2. Nguyên lý hình thành mặt thân khai  

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mặt trụ thân khai
- Cho đường thân khai ab (hình 1.2) thuộc mặt phẳng xoy chuyển động tịnh tiến
dọc truc z với vận tốc v sẽ hình thành mặt trụ thân khai và tạo ra mặt răng của bánh
răng trụ thân khai răng thẳng.

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mặt xoắn vít thân khai
- Cho đường thân khai ab (hình 1.3) thuộc mặt phẳng xoy chuyển động vít dọc trục
r
z ( phối hợp chuyển động tịnh tiến đều dọc trục z với vận tốc v và quay đều xung
quanh trục z với vận tốc ω ) tao ra mặt xoắn vít thân khai và hình thành mặt răng
bánh răng trụ thân khai răng nghiêng.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

19


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

1.1.3. Tổng quan bánh răng trụ thân khai 
a. Giới thiệu bánh răng trụ thân khai
- Bánh răng trụ thân khai là loại chi tiết máy được sử dụng rộng rãi trong các
nghành công nghiệp, nông nghiệp, trong đời sống sinh hoạt của con người…
- Tác dụng của bánh răng trụ thân khai dùng để truyền chuyển động, mô men xoắn
giữa các trục song song với tỉ số xác định nhờ sự ăn khớp của các răng trên các
bánh răng.
- Ưu nhược điểm
+ Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn.
+ Tỉ số truyền không thay đổi.

+ Hiệu suất cao, có thể đạt 0,97-0,99
+ Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy, chắc chắn.
+ Làm việc trong phạm vi công suất, tốc độ và tỉ số truyền khá rộng.
Tuy nhiên truyền động bánh răng có các nhược điểm sau:
+ Chế tạo tương đối phức tạp.
+ Đòi hỏi độ chính xác cao.
+ Có nhiều tiếng ồn khi làm việc với vận tốc lớn.
+ Chịu va đập kém.
Truyền động bánh răng được dùng rất nhiều trong các máy, từ những đồng hồ,
khí cụ cho đến các máy hạng nặng, có thể truyền công suất từ nhỏ đến lớn
(300MW), vận tốc có thể từ thấp đến rất cao (200m/s).
b. Bánh răng trụ thân khai răng thẳng.
Bánh răng trụ thân khai răng thẳng nhằm thực hiện truyền chuyển động,
mômen xoắn giữa các trục song song với tỉ số xác định .
Bánh răng trụ răng thẳng dễ chế tạo, frôpin răng thẳng là một đường cong
thân khai.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

20


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

*

Các thông số hình học cơ bản của bánh răng trụ thân khai

a,

Hình 1.4 : Các thông số bánh răng
Bộ truyền bánh răng trụ được đặc trưng bởi các thông số chính sau đây
(hình 1.4 đối với bánh nhỏ dùng chỉ số “1”, đối với bánh lớn dùng chỉ số “2”):
- Môdun m (môdun ăn khớp) là thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

21


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

t

Môdun m là tỉ số giữa bước răng t với số π , nghĩa là m = .
π

Môdul m là thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng, hầu hết các kích thước
của bánh răng đều có thể được tính theo môdun m. Trị số của môdun được tiêu
chuẩn hoá từ 1 đến 12mm theo 2 dãy sau:
Dãy 1 (ưu tiên) : 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12.
Dãy 2

: 1,125 ; 1,375 ; 1,75 ; 2,25 ; 2,75 ; 3,5 ; 4,5 ; 5,5 ; 7 ; 9 ; 11.

- Số răng của bánh răng Z
- Tỷ số truyền i: i=

n1 Z 2
=

n2 Z1

- Bước răng trên vòng chia t.
- Bước răng trên vòng tròn cơ sở(bước cơ sở) to=t.cos α o
- Đường kính vòng chia dc
Đường kính vòng chia là những đường lăn trong quá trình tạo bánh răng
thân khai bằng thanh răng sinh.
Công thức tính đường kính vòng chia dc=m.Z
- Đường kính vòng lăn d.
- Đường kính vòng đỉnh răng da : da =dc+2m
- Đường kính vòng chân răng df: df=dc-2m-2c
- Độ hở hướng tâm c: c=0,25m
- Chiều dài răng b.
- Góc nghiêng của răng β , đối với bánh răng thẳng β =0
- Hệ số dịch chỉnh dao ξ : Là khoảng cách giữa đường chia tt’ trong quá trình tạo
hình và đường trung bình của thanh răng. Hệ số dịch chỉnh dao ξ được quy ước có
giá trị âm khi đường trung bình cắt vòng chia và có giá trị dương khi đường trung

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

22


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

bình nằm ngoài vòng chia. Trong tính toán, thay vì dùng độ dịch dao, ta dùng hệ số
dịch dao x theo công thức sau: x = ξ /m
- Khoảng cách trục aw: là khoảng cách giữa hai trục lắp bánh răng
aw= ( Z 1 + Z 2 )m
2

- Chiều cao răng h=2,25m
- Chiều cao đỉnh răng hd: hd=m
- Chiều cao chân răng hc=1,25m
- Góc ăn khớp α X (góc áp lực)
Tiêu chuẩn quy định góc profin của thanh răng sinh là α = 20o .
Góc áp lực trên vòng chia là thông số cơ bản đặc trưng cho hình dạng
profin thân khai răng. Trong quá trình hình thành cạnh răng thân khai bằng thanh
răng, góc giữa đường pháp tuyến chung của các cạnh thanh răng và cạnh răng bánh
răng với đường chia gọi là góc áp lực trên vòng chia.
Góc áp lực trên vòng chia αC cũng chính là góc ăn khớp trong quá trình
hình thành bánh răng thân khai bằng thanh răng hình thang.
Đối với bánh răng dịch chỉnh có góc ăn khớp khác với góc sinh của thanh
răng.
C. Bánh răng trụ thân khai răng nghiêng
™ Khái niệm, công dụng, ưu nhược điểm bánh răng trụ răng nghiêng
Bánh răng trụ răng nghiêng là một chi tiết máy có phương của răng nghiêng
so với đường sinh của mặt trụ một góc β , dùng để truyền chuyển động quay giữa
hai trục song song quay ngược chiều.
• So với bánh răng trụ răng thẳng bánh răng trụ răng nghiêng có những ưu
điểm là :

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

23


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

- Truyền động êm hơn, không va đập ồn ào vì răng trước chưa ra khỏi thì răng

sau đã vào khớp ( lúc nào cũng có vài răng ăn khớp).
- Chiều dài chân răng lớn hơn nên bền hơn.
- Truyền được mô men, công suất và vận tốc lớn hơn bánh răng thẳng cùng
môđun.
• Nhược điểm chính của bánh răng nghiêng là:
- Ma sát nhiều.
- Phát sinh lực chiêu trục, có khuynh hướng đẩy bánh răng theo chiều dọc trục về
phía này hoặc phía kia tuy theo chiều xoắn và chiều quay.
- Việc chế tạo lại khó khăn hơn bánh răng trụ răng thẳng.
™ Các yêu cầu kỹ thuật và điều kiện kỹ thuật của một bánh răng trụ răng
nghiêng
¾ Các yêu câu kỹ thuật:
- Răng có độ bền mỏi tốt
- Răng có độ cứng cao, chống mòn tốt
- Truyền động ổn định, không gây ồn
- Hiệu suất truyền động lớn, năng suất cao
¾ Các điều kiện kỹ thuật khi phay bánh răng trụ răng nghiêng
- Kích thước của các thành phần cơ bản của một bánh răng trụ răng nghiêng, hoặc
hai bánh răng trụ răng nghiêng khi ăn khớp.
- Số răng đúng, đều, cân, cân tâm, góc nghiêng và bước xoắn đúng theo thiết kế.
- Độ nhám đạt cấp 8- đến cấp 11 tức là Ra= 0,63-0,08 µ m.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

24


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

™

Các thông số hình học cơ bản của bánh răng trụ thân khai răng nghiêng
Bánh răng nghiêng nếu được trải phẳng (khai triển) sẽ tạo với đường trục của

bánh răng một góc β ( gọi là góc xoắn ). Do đó, hình dạng, bước răng và chiều dày
răng xét ở mặt đầu bánh răng sẽ khác khi xét ở mặt cắt thẳng góc với từng răng (mặt
pháp tuyến ).
- Modun m:
Đối với bánh răng nghiêng có :
+ Môdun pháp : mn
+ Môdun ngang : ms=

mn
cos β

⇒ d = ms.Z = mn.Z/cos β

Modun m là thông số đặc trưng cho kích thước của răng, hầu hết các kích
thước của bánh răng đều có thể được tính theo môdul m. Trị số của m = mn được

β

h

da

d
df

tn

ts

tiêu chuẩn hoá từ 1 đến 12mm theo 2 dãy nhu đối với bánh răng trụ răng thẳng.

B

Hình 1.5: Các thông số của một bánh răng trụ răng nghiêng
- Vòng chia và đường kính vòng chia
Vòng chia và đường kính vòng chia là những đường lăn trong quá trình tạo
bánh răng thân khai bằng thanh răng sinh.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

25