Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------NGÔ XUÂN QUANG

NGÔ XUÂN QUANG

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH DỤNG CỤ VÀ THIẾT KẾ CHẾ
TẠO DỤNG CỤ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HYPOID
LẮP CHO Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

KHOÁ 2009

Hà Nội – 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công bánh
răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN …………………………………………………………………. 5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .................................................................................. 6
DANH MỤC CÁC BẢN VẼ .................................................................................... 9
MỞ ĐẦU ...………………………………………………………………..……... 10
CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÁNH RĂNG CÔN RĂNG
CONG TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI …………………………………………. 12

1.1. Tình hình nghiên cứu bánh răng côn răng cong thông thường và bánh
răng côn cong hypoid …………………………………………………………… 12
1.1.1. Tình hình nghiên cứu tạo hình bề mặt biên dạng răng bánh răng côn
cong trên thế giới. ………………………………………………………………... 12
1.1.2. Tình hình nghiên cứu bánh răng côn răng cong ở Việt Nam ………. 15
1.2. Công nghệ chế tạo bánh răng côn răng cong ……...……………………... 15
1.2.1. Công nghệ gia công bánh răng côn răng cong trên thế giới .………. 15
1.2.2. Thực trạng sản xuất bánh rằng côn răng cong hypoid ở Việt Nam .. 16
1.3. Những ứng dụng của bánh răng côn răng cong thông thường và bánh răng
côn cong hypoid trong thực tế ………………………………………………….. 17
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH CỦA BÁNH
RĂNG CÔN RĂNG CONG HYPOID. ……………………………………………….. .19

2.1. Một số đặc điểm cơ bản của bộ truyền bánh răng côn răng cong hypoid..19
2.2. Phân loại và nguyên lý gia công bánh răng côn răng cong ……………… 21
2.2.1. Phân loại bánh răng côn răng cong ………………………………… 21
2.2.2. Nguyên lý cắt răng …………………………………………………. 22
2.3. Lý thuyết chung về tạo hình bánh răng …………………………………... 26
2.4. Lý thuyết tạo hình bánh răng côn răng cong hệ Gleason ……………….. 32
2.4.1. Các phương pháp cắt bánh răng côn răng cong hệ Gleason ……….. 32
2.4.2. Tạo hình bánh răng côn răng cong hệ Gleason …………………….. 34

HV Ngô Xuân Quang

5

Khóa 2009-2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công bánh

răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC BÁNH
RĂNG, DỤNG CỤ VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU CHỈNH MÁY, XÂY DỰNG PHƯƠNG
TRÌNH BỀ MẶT RĂNG ………………………………………………………………. 40

3.1. Tính toán các thông số của bộ truyền …………………………………….. 40
3.1.1. Các thông số ban đầu ………………………………………………. 42
3.1.2. Các công thức tính toán ……………………………………………. 43
3.2. Xây dựng phương trình bề mặt răng khi cắt theo hệ Gleason ………….. 49
3.2.1. Các chuyển động cắt và các hệ trục tọa độ ………………………… 49
3.2.2. Xây dựng phương trình bề mặt răng ……………………………….. 53
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ, VIẾT PHƯƠNG TRÌNH BỀ MẶT
RĂNG CHO MỘT CẶP BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG CỤ THỂ, MÔ PHỎNG BỀ
MẶT RĂNG, KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ …………………………………………….. 61

4.1. Kết quả tính toán các thông số bánh răng, dao cắt ………………………. 61
4.2. Ứng dụng phần mềm Mathcad vẽ mô phỏng bề mặt răng ………………. 64
4.2.1 Giới thiệu sơ lược phần mềm Mathcad ……………………………... 64
4.2.2. Ứng dụng Mathcad vẽ mô phỏng bề mặt răng ……………………... 72
4.3. Kiểm nghiệm kết quả ………………………………………………………. 74
4.3.1 Mục đích và phương pháp ………………………………………….. 74
4.3.2. Cách thực hiện ……………………………………………………... 74
4.3.3. Áp dụng vào kiểm tra thực tế ………………………………………. 75
CHƯƠNG 5: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO DỤNG CỤ GIA CÔNG BÁNH
RĂNG HYPOID ………………………………………………………………………… 78

5.1. Qui trình công nghệ chế tạo đầu dao ……………………………………... 78
5.1.1. Phân tích chi tiết gia công ………………………………………….. 78
5.1.2. Phương án gia công ………………………………………………… 70

5.1.3. Quy trình công nghệ ………………………………………………... 79
5.2. Qui trình công nghệ chế tạo lưỡi cắt ……………………………………… 88
5.2.1. Phân tích chi tiết gia công ………………………………………….. 88

HV Ngô Xuân Quang

6

Khóa 2009-2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công bánh
răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

5.2.2. Phương án gia công ………………………………………………… 89
5.2.3. Lập qui trình công nghệ ……………………………………………. 89
5.3. Lắp ghép đầu lưỡi cắt lên đầu dao ………………………………………... 96
KẾT LUẬN ……………………………………………………………………..... 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………………. 100
PHỤ LỤC

HV Ngô Xuân Quang

7

Khóa 2009-2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công bánh
răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ:
TT

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Hình
Hình 1-1
Hình 1-2
Hình 2-1
Hình 2-2
Hình 2-3
Hình 2-4
Hình 2-5
Hình 2-6
Hình 2-7
Hình 2-8
Hình 2- 9
Hình 2-10
Hình 3-1
Hình 3-2
Hình 3-3
Hình 3-4
Hình 3-5
Hình 3-6
Hình 3-7
Hình 4-1
Hình 4-2
Hình 4-3
Hình 4-4
Hình 4-5
Hình 4-6

Tên hình
Máy CNC sử dụng trong gia công bánh răng hypoid
Truyền động bánh răng hypoid trong ô tô

Nguyên lý cắt răng
Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelberg
Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Oerlikon
Ăn khớp dao – phôi
Bánh răng lăn không trượt trên đĩa phẳng
Các chuyển động cắt
Thay đổi hướng trượt của dao
Thông số của bánh dẹt sinh
Tạo hình bề mặt sinh khi cắt răng dạng cung tròn
Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn răng cong
Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng hypoid
Các thông số trung gian của bộ truyền bánh răng hypoid
Hệ tọa độ St1 được gắn với giá đỡ dụng cụ
Các hệ tọa độ Sb, Sc, Sm1
Các hệ tọa độ Sm1, Sn, Sq, S1
Hệ St1 nghiêng quanh trục yb góc nghiêng I
Các hệ tọa độ chuyển động của dụng cụ cắt
Giao diện phần mềm Mathcad
Chọn trình File trên thanh menu
Chọn trình Edit trên thanh menu
Trình Insert, Format, Math
Bảng tính để thực hiện các phép toán từ thanh Math
Các thông số đã được nhập và gán giá trị

26
27

Hình 4-7
Hình 4-8

Các hệ số aij được nhập vào trong màn hình tính toán
Nhập phương trình bề mặt và vẽ mô phỏng

28
29

Hình 4-9 Cặp bánh răng côn răng cong trước khi được scan
Hình 4-10 Quá trình scan 3D 2 bánh răng

75
75

30
31
32

Hình 4-11 Xử lý hình ảnh trên máy vi tính
Hình 4-12 Bề mặt răng nhận được bằng phương pháp Scan 3D
Hình 4-13 Bề mặt răng xây dựng từ phương trình

76
76
77

HV Ngô Xuân Quang

9

Khóa 2009-2011

Trang
16
18
22
23
25
28
29
29
30
31
35
37
40
41
50
51
51
52
52
65
66
66
67
68
72
73
73

Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

MỞ ĐẦU
Hiện nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường các loại thiết bị,
máy móc của các nước phát triển được nhập vào nước ta ngày càng nhiều về số
lượng và phong phú về chủng loại. Đặc biệt trong ngành vận tải đường bộ các loại
xe ô tô của các nước Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ, CHLB Đức,… đã và đang được sử
dụng rộng rãi. Một đặc điểm chung nhất của các loại xe này là bộ bánh răng truyền
lực chính (cụm cầu sau) đều thuộc loại bánh răng côn cong hypoid truyền động
bánh răng hypoid có rất nhiều ưu điểm, trong đó đáng chú ý là khả năng tải lớn và
đảm bảo tỷ số truyền động chính xác, hiệu suất truyền động cao, đặc biệt bộ truyền
bánh răng côn cong Hypoid còn có khả năng truyền giữa 2 trục vuông góc với nhau
trong không gian nhưng không cắt nhau.
Sau một thời gian dài sử dụng các bộ truyền bánh răng bị mòn gây ra tiếng
ồn và truyền chuyển động không còn chính xác nữa hoặc vỡ nên luôn luôn cần thay
thế, do đó nhu cầu về bộ bánh răng hypoid đặt ra là rất lớn.
Tuy vậy việc chế tạo bánh răng hypoid ở nước ta hiện nay vẫn còn rất hạn
chế cả về chất lượng và số lượng mà phần lớn vẫn phải nhập ngoại. Vì vậy để tiết
kiệm ngoại tệ, nhanh chóng nội địa hoá các phụ tùng ô tô, xe máy và phát triển
mạnh ngành ô tô ở nước ta thì việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng hypoid nâng cao năng suất, giảm giá thành sản phẩm là rất quan trọng và
cần thiết. Đề tài “Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng
cụ gia công bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô” là nhằm đáp ứng nhu cầu
hiện nay của thị trường Việt Nam.
Nội dung của luận văn:
-

Nghiên cứu lý thuyết tạo hình bề mặt biên dạng răng bánh răng côn

cong hypoid.
-

Tính toán lý thuyết các thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng

hypoid và dụng cụ gia công bánh răng hypoid.

HV Ngô Xuân Quang

10

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

-

Xây dựng phương trình bề mặt răng bánh răng côn răng cong hypoid.

-

Tính toán các thông số cho một bộ truyền bánh răng côn răng cong

hypoid cụ thể.
-

Ứng dụng phần mềm Mathcad vẽ mô phỏng bề mặt răng bánh răng

côn răng cong hypoid.
-

Kiểm nghiệm kết quả thực hiện

-

Thiết lập qui trình công nghệ chế tạo dụng cụ gia công bánh răng côn

răng cong hypoid.
Trong thời gian làm luận văn em đã rất cố gắng học tập, tìm hiểu và nghiên
cứu đề tài. Đồng thời với sự hướng dẫn, giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy TS. Lê
Thanh Sơn cùng các thầy cô giáo trong Bộ môn Gia công vật liệu và dụng cụ công
nghiệp, Viện, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đến nay em đã hoàn thành luận
văn đúng thời hạn và khối lượng công việc được giao.
Tuy nhiên, do đề tài là mới mẻ và kiến thức còn hạn chế nên luận văn này
không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong được sự đóng góp ý kiến,
bổ sung của các thầy cô giáo hướng dẫn để luận văn của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

HV Ngô Xuân Quang

11

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

CHƯƠNG I
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG
TRONG NƯỚC VÀ TRÊN THẾ GIỚI
Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế
tạo dụng cụ gia công bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô. Để thực hiện tốt
công việc này thì trước hết chúng ta phải đi sâu nghiên cứu và tìm hiểu thực tế tình
hình sản xuất, ứng dụng của từng hệ bánh răng côn răng cong. Từ đó có được cái
nhìn tổng quan về vai trò và phạm vi sử dụng của bánh răng côn răng cong trong
nền công nghiệp cơ khí. Qua tình hình thực tế đó ta sẽ xác định được mục tiêu mà
mình quan tâm hay nói cách khác đó chính là hệ bánh răng nào thích hợp và có
nhiều ưu điểm nhất với nền công nghiệp sản xuất bánh răng của thế giới nói chung
và Việt Nam nói riêng
Đó là một cái nhìn tổng quan về các vấn đề cần tìm hiểu và giải quyết trong
phạm vi và nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp. Việc đi sâu và giải quyết từng phần cụ
thể dưới đây sẽ cho chúng ta có được cái nhìn chi tiết, đầy đủ và rõ ràng hơn .
1.1. Tình hình nghiên cứu bánh răng côn răng cong thông thường và bánh
răng côn cong hypoid.
1.1.1. Tình hình nghiên cứu tạo hình bề mặt biên dạng răng bánh răng
côn cong trên thế giới.
Có thể nói rằng tạo hình bề mặt bên răng của bộ truyền bánh răng côn cong
thông thường và bộ truyền bánh răng hypoid nói riêng được nhiều nhà khoa học
quan tâm và đã giải quyết được nhiều vấn đề cơ bản để đưa vào ứng dụng trong sản
xuất. Các nhà khoa học đã đưa ra nhiều hướng nghiên cứu và giải quyết vấn đề khác
nhau. Dưới đây em xin giới thiệu một số kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học
trên thế giới.
1.1.1.1 Công trình nghiên cứu lý thuyết ăn khớp của Φ-Llitvin

HV Ngô Xuân Quang

12

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

Kết quả của công trình là ông đã tìm ra phương trình ăn khớp khi cắt bánh nhỏ
và bánh lớn, ta tìm điều kiện để điểm tiếp xúc của các bề mặt của bánh răng nhỏ và
bánh răng lớn ở vị trí cho trước. Việc nghiên cứu ăn khớp theo phương pháp này
dựa trên các điểm ăn khớp đặc biệt, nó nằm trên đường côn chia, còn các điểm khác
thì rất khó xác định. Bản thân giáo sư Litvin cũng đã từng cố gắng kiểm soát đường
cong của các điểm tiếp xúc ở chân răng nhưng ông đã không thành công. Với công
trình nghiên cứu của mình, ông giả thiết rằng tất cả đạo hàm bậc 3 của các bề mặt
răng đều bằng không, làm cho phương pháp của ông kém tin cậy. Tuy nhiên,
phương pháp của ông đã là một cơ sở lý thuyết quan trọng trong gia công bánh răng
nói chung và gia công bánh răng côn cong nói riêng.
1.1.1.2. Phương pháp tính toán gần đúng của Picmanhíc
Phương pháp này được nghiên cứu bởi nhiều tác giả nhằm đáp ứng nhu cầu
thuận lợi trong thiết kế và gia công, cũng như hiệu chỉnh vết tiếp xúc đến vị trí kích
thước và hình dạng mong muốn. Căn cứ trên cơ sở yêu cầu của vết tiếp xúc của các
bề mặt đối tiếp trong một quá trình làm việc, tác giả đã xem xét ảnh hưởng của các
thông số như sai lệch góc ăn khớp, sai lệch góc xoắn, sai lệch độ cong, ảnh hưởng
đến quá trình tạo hình bề mặt răng khi gia công để đưa ra phương pháp hiệu chỉnh
máy để loại bỏ hoặc bù đắp các ảnh hưởng đó đến vết tiếp xúc.
Rõ ràng rằng nếu kiểm soát tất cả các ảnh hưởng của từng yếu tố đến chất
luợng vết tiếp xúc sẽ cho ta cải thiện dần vết tiếp xúc nhưng phương pháp này rất
khó tìm được tác động tổng hợp để tìm đến giải pháp tối ưu khi điều chỉnh vết. Đặc
biệt khó khăn khi đưa ra thuật toán để thiết lập bài toán tối ưu về ảnh hưởng của các
thông số đến chất lượng ăn khớp của bộ truyền.

1.1.1.3. Phương pháp phân tích vết tiếp xúc của Wang và Ghosh
Mới đây các tác giả đã đưa ra một lý thuyết kiểm soát vết tiếp xúc qua các
bước như sau:
- Kiểm soát trực tiếp các con số, càng nhiều càng tốt tương ứng với các dạng
tiếp xúc đã định trước.

HV Ngô Xuân Quang

13

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

Với các thông số không kiểm soát được trực tiếp thì phân tích các tham số
thay thế.
- Dựa trên kết quả phân tích tổng lại, tối ưu hoá đã có thể kiểm soát được các
tham số mà không thể kiểm soát được trực tiếp.
Sử dụng phương pháp này có thể dự đoán được vị trí của điểm tâm bánh răng
và trạng thái tiếp xúc bậc 2, từ đó giữ cho chúng cố định trong quá trình tổng hợp
tối ưu. Các tác giả đã sử dụng một số phương pháp toán học mới so với lý thuyết ăn
khớp đã có từ trước đây như sử dụng khung chuyển động trong hình học vi phân –
phân tích tiếp xúc dạng bậc 3, Tenxơ độ cong đưa ra không phải là Ten-xơ
Rieranian mà là Gradient của trường véc-tơ bề mặt đơn vị. Sau đây là một số khái
niệm của phương pháp này:
- Sự ăn khớp khít của 2 bề mặt răng có dạng tiếp xúc đường nếu chúng tiếp
xúc dọc theo một đường trong suốt quá trình ăn khớp khi không có tải trọng. Còn ăn
khớp tiếp xúc có tiếp xúc điểm nếu các bề mặt chỉ tiếp xúc nhau tại một điểm khi

không có tải trọng. Dưới tác động của tải trọng vết tiếp xúc lan ra thành hình elíp,
vết này di chuyển dọc theo bề mặt răng và tập trung ở một khu vực của răng gọi là
vùng tiếp xúc.
- Nếu tỉ số truyền của bề mặt tiếp xúc điểm thay đổi trong quá trình ăn khớp
thì ta gọi là không tương xứng, vì loại bánh răng này được sử dụng ngày càng nhiều
nên càng cần hiểu rõ trạng thái tiếp xúc giữa các bề mặt và cần có phương pháp có
hiệu quả để điều khiển nó. Phương pháp đó là phân tích trạng thái tiếp xúc bằng
cách khảo sát trực tiếp các tham số. Dựa vào đây để xây dựng hàm đối tượng để
đánh giá chất lượng tiếp xúc.
Chương trình tính toán của các tác giả hiện nay được sử dụng rộng rãi ở các
nước công nghiệp tiên tiến như Mỹ, Hà Lan và Cộng hoà Liên bang Đức. Tuy
nhiên, việc nghiên cứu áp dụng các phương pháp này phải dựa vào rất nhiều chương
trình con để cung cấp thông số cho chương trình chính. Các chương trình này được
bán với giá rất cao và chỉ sử dụng cho các máy cắt răng phù hợp.

HV Ngô Xuân Quang

14

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

1.1.2. Tình hình nghiên cứu bánh răng côn răng cong ở Việt Nam
Nước ta gần đây đã có một số công trình nghiên cứu về lý thuyết ăn khớp,
bôi trơn bánh răng của các tác giả: Nguyễn Thiện Phúc, Nguyễn Đăng Thành,
Nguyễn Xuân Lạc… Các công trình này đã nghiên cứu lý thuyết ăn khớp theo
phương pháp giải tích, hình học vi phân, nghiên cứu màng dầu bôi trơn, cũng như

độ bền của bộ truyền nhằm nâng cao hiệu suất và tuổi thọ cho các bộ truyền.
Đặc biệt những năm gần đây Tiến sĩ Bành Tiến Long đã đi sâu vào giải
quyết các vấn đề cụ thể về tạo hình bề mặt của bộ bánh răng côn răng cong, ứng
dụng phép toán Tenxơ quay để nghiên cứu tạo hình bề mặt các bề mặt có chuyển
động quay, chuyển động tịnh tiến và phối hợp cả hai chuyển động, ứng dụng Tenxơ
quay để viết phương trình bề mặt côn răng, làm cơ sở cho các nghiên cứu về động
học, công nghệ cắt răng. Có thể nói Tiến sĩ Bành Tiến Long là một trong những nhà
nghiên cứu hàng đầu của nước ta về lĩnh vực chế tạo bánh răng côn răng cong.
1.2. Công nghệ chế taoh bánh răng côn răng cong.
1.2.1. Công nghệ gia công bánh răng côn răng cong trên thế giới
Công nghệ gia công bánh răng côn răng cong trên thế giới đã phát triển mạnh
mẽ. Quá trình tính toán thiết kế đã được thực hiện tự động trên các phần mềm cho
kết quả chính xác và rút ngắn thời gian thực hiện. Quá trình gia công cũng được
hiện đại hóa. Hiện nay các máy gia công tinh với hệ thống điều khiển tự động đã
xuất hiện. Đặc biệt các máy gia công liên tục biên dạng bánh răng côn răng cong
điều khiển CNC đã dần phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Quá trình gia công được điều khiển bằng hệ thống tự động làm tăng khả năng linh
hoạt và đa dạng hoá sản phẩm, dễ rang điều chỉnh các thông số khi gia công.
Sự xuất hiện của máy gia công điều khiển CNC trên đã tạo ra bước phát triển
lớn trong công nghệ gia công bánh răng côn răng cong, góp phần thúc đẩy ngành
công nghiệp ứng dụng bộ truyền này phát triển mạnh mẽ.

HV Ngô Xuân Quang

15

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công

bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

Hình 1-1: Máy CNC sử dụng trong gia công bánh răng hypoid
Các máy tự động là một cơ sở thực tiễn giúp ta có hướng đi trong việc giải
quyết khó khăn muốn nâng cao chất lượng gia công cặp bánh răng côn răng cong
này và xu thế nội địa hoá nó ở Việt Nam.
1.2.2. Thực trạng sản xuất bánh rằng côn răng cong hypoid ở Việt Nam
Hiện nay sản phẩm bánh răng côn răng cong trong nước chế tạo chủ yếu
được gia công trong một số cơ sở nghiên cứu và sản xuất chính sau: Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội, Viện Thiết kế máy năng lượng và mỏ, Nhà máy Cơ khí Hà
Nội, Nhà máy Cơ khí Z179, Nhà máy Cơ khí trung tâm Cẩm Phả, Nhà máy Cơ khí
nông nghiệp Hà Tây. Các cơ sở đó thường sử dụng các thế hệ máy cũ do Liên Xô,
Đức chế tạo để gia công bánh răng. Việc đầu tư chiều sâu cho lĩnh vực nghiên cứu
chế tạo bánh răng côn răng cong của các cơ sở sản xuất vẫn chưa được quan tâm
đúng mức, do vậy năng suất, chất lượng sản phẩm thấp, giá thành cao không đáp
ứng được nhu cầu thị trường đòi hỏi.
Cùng với sự phát triển ngày càng nhanh của nền Công nghiệp nước nhà, nhu
cầu thực tế về mặt chế tạo chế tạo bộ bánh răng công cong hypoid đã đặt ra do số

HV Ngô Xuân Quang

16

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

lượng ô tô, máy móc có sử dụng bộ truyền động này ngày càng nhiều ở nước ta.

Song để đáp ứng nhu cầu này trong thực tế thì ở nước ta vẫn còn rất ít cơ sở nghiên
cứu và chế tạo loại bánh răng này và năng suất gia công thấp. Việc tính toán thiết kế
vẫn được thực hiện thủ công dễ xảy ra nhầm lẫn, có sai số, khó khăn trong quá trình
điều chỉnh. Quá trình gia công vẫn được thực hiện trên các máy chuyên dùng, chưa
tự động hóa trong quá trình gia công, đồng thời quá trình kiểm tra cũng gặp rất
nhiều khó khăn. Việc đầu tư áp dụng gia công trên các máy tự động của các cơ sở
sản xuất bị hạn chế do các máy móc và phần mềm tự động tính toán của nước ngoài
có giá thành cao. Hiện nay phần lớn các bộ truyền bánh răng hypoid vẫn được nhập
từ nước ngoài.
Để nội địa hoá dần từng bước các sản phẩm nhập ngoại thì chúng ta cần thiết
phải đầu tư nghiên cứu, ứng dụng để có thể nâng cao năng suất và chất lượng sản
phẩm do trong nước sản xuất. Qua đó cũng làm cho tính cạnh tranh của sản phẩm
trên thị trường thế giới được nâng cao để từ đó tiến tới xuất khẩu.
1.3. Những ứng dụng của bánh răng côn răng cong thông thường và
bánh răng côn cong hypoid trong thực tế.
Trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp chế tạo ôtô, máy
kéo, tàu thuỷ ... truyền động bánh răng được sử dụng rộng rãi vì nó có rất nhiều ưu
điểm, trong đó đáng chú ý là khả năng tải lớn và đảm bảo tỷ số truyền động chính
xác, hiệu suất truyền động cao.
Truyền động bánh răng côn với mục đích truyền chuyển động giữa 2 trục
chéo nhau trong không gian, cũng có đầy đủ các ưu điểm trên. Tuy nhiên để nâng
cao khả năng tải, giảm tiếng ồn, giảm kích thước của bộ truyền với loại truyền động
này người ta còn chế tạo các bộ truyền bánh răng côn với răng có dạng cong, đặc
biệt với bộ truyền bánh răng côn cong Hypoid còn có khả năng truyền giữa 2 trục
vuông góc với nhau trong không gian nhưng không cắt nhau.

HV Ngô Xuân Quang

17

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

Hình 1-2: Truyền động bánh răng hypoid trong ô tô
Như vậy ta thấy rằng ngày nay bánh răng côn răng cong hypoid đã được ứng
dụng khá rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhưng việc ứng dụng khoa
học kỹ thuật trong chế tạo, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm thì vẫn còn
hạn chế. Vì vậy cần phải tiếp tục đi sâu nghiên cứu hơn nữa các vấn đề liên quan
đến bánh răng côn răng cong hypoid để có hiểu biết sâu sắc từ đó có thể đưa ra các
hướng phát triển nhằm phát triển hơn nữa các sản phẩm ứng dụng bánh răng côn
răng cong hypoid trên thế giới và đặc biệt là ở Việt Nam.

HV Ngô Xuân Quang

18

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH CỦA
BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG HYPOID.
Nhận thấy bánh răng công răng cong hypoid có những ứng dụng đặc biệt
trong các bộ truyền động cơ khí. Vậy chắc chắn nó phải có những ưu điểm nổi trội

hơn so vói các bộ truyền động bánh răng thông thường. Nắm được phạm vi sử
dụng, cách phân loại cũng như các tính năng ưu việt hay những hạn chế của nó góp
phần giúp cho các nhà sản xuất khắc phục được những thiếu xót trong chế tạo đồng
thời giúp cho việc ứng dụng nó một cách hợp lý, lợi dụng và phát huy được tất cả
những ưu điểm vốn có.
2.1. Một số đặc điểm cơ bản của bộ truyền bánh răng côn răng cong hypoid
Bộ truyền bánh răng côn cong hypoid dùng để truyền chuyển động giữa hai
trục chéo nhau trong không gian. Loại phổ biến nhất được sử dụng trong công
nghiệp là hai trục chéo nhau nhưng vuông góc với nhau. Hiện nay trên thế giới bánh
răng côn răng cong hypoid được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo máy, đặc biệt
trong ngành chế tạo ôtô, máy xúc, máy kéo ... và nhiều ngành công nghiệp khác vì
nó có rất nhiều ưu điểm:
- Chúng có khả năng thực hiện một tỷ số truyền lớn trong một không gian
tương đối hẹp (i = 1:10), trong trường hợp cụ thể có thể truyền chuyển động với i ≤
60.
- Bằng công nghệ cắt bánh răng thích hợp trong chuyển động bánh răng
hypoid có thể đảm bảo tiếp xúc đường giữa bánh răng nhỏ và bánh răng lớn, đồng
thời hệ số trùng khớp lớn nhờ vậy mà bộ truyền này có khả năng mang tải trọng lớn
hơn so với các chuyển động như chuyển động trục vít và bánh răng côn cong thông
thường.
- Bánh răng nhỏ của bộ truyền động hypoid có kích thước lớn hơn so với
bánh răng nhỏ của truyền động bánh răng côn cong thường có cùng tỷ số truyền vì

HV Ngô Xuân Quang

19

Khóa 2009 - 2011

Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

góc xoắn của bánh răng nhỏ lớn hơn góc xoắn của bánh răng lớn nên khi có cùng
mô đun pháp thì mô đun mặt đầu của bánh nhỏ lớn hơn mô đun mặt đầu của bánh
lớn. Vì vậy, bánh răng nhỏ của bộ truyền động hypoid có độ bền cao hơn bánh răng
nhỏ của bộ truyền bánh răng côn cong thường và do kích thước răng lớn hơn nên
đối với bánh nhỏ của bộ truyền hypoid có thể tăng đường kính lắp ổ đỡ. Do vậy, nó
có độ cứng vững cao hơn, và như vậy nâng cao khả năng chịu tải trọng cũng như độ
bền lâu cho bộ truyền.
- Trục bánh răng nhỏ có thể đi xuyên chéo dưới trục của bánh răng lớn, cho
phép sử dụng kết cấu hai ổ đỡ đối với bánh răng nhỏ, thay thế cho kết cấu côngxôn, điều này cho phép tăng khả năng chịu tải cũng như độ bền của bộ truyền.
- Khi gia công bộ bánh răng hypoid có thể hiệu chỉnh để tạo ra vị trí, hình
dạng và kích thước cuả vết tiếp xúc mong muốn đảm bảo độ bền lâu làm việc êmvà
ít nhạy cảm đối với những sai lệch do lắp ráp và sai lệch vị trí làm việc do biến
dạng khi có tải trọng.
- So với các truyền động vít có tỷ số truyền i < 12, truyền động bánh răng
côn cong hypoid có cùng khả năng mang tải, thậm chí còn có khả năng mang tải lớn
hơn. Vì vậy, có thể dùng nó để thay cho các bộ truyền động trục vít khi phải chế tạo
trục vít nhiều đầu mối.
- Do đặc điểm ăn khớp có trục ăn khớp tức thời luôn thay đổi trong quá trình
ăn khớp nên nó có sự trượt phụ giữa các bề mặt nối tiếp, làm cho bộ truyền động
hypoid làm việc êm hơn so với bộ truyền bánh răng côn cong thường, cũng đồng
thời làm tăng khả năng chịu mài mòn giữa các bề mặt tiếp xúc.
- Công nghệ chế tạo bánh răng hypoid về nguyên tắc giống như bánh răng
côn cong thường, nó được cắt cũng như mài răng trên các máy gia công bánh răng
côn cong thông dụng. Vấn đề khác nhau chỉ là thông số hình học của bộ truyền, tính
toán các thông số dao và thông số điều chỉnh máy.
- Tính ưu việt của truyền động bánh răng côn cong hypoid còn phải được kể
đến là khả năng thiết kế và chế tạo bộ truyền với góc chéo bất kỳ dễ dàng hơn khi

HV Ngô Xuân Quang

20

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

chế tạo truyền động trục vít bánh vít, vì trong trường hợp này bộ truyền động vít có
vùng tiếp xúc nhỏ nên khả năng mang tải kém.
Tuy nhiên chúng vẫn còn có một số nhược điểm:
- Lực chiều trục của truyền động bánh răng côn cong hypoid lớn hơn so với
truyền động bánh răng côn răng thẳng, do đó gây mòn răng và khó khăn cho việc
thiết kế ổ.
- Tính toán thiết kế phức tạp hơn so với bánh răng côn răng thẳng.
- Thiết bị chế tạo bánh răng hypoid đắt tiền.
- Việc tính toán điều chỉnh máy phức tạp đòi hỏi phải có công nhân và kỹ
thuật viên có tay nghề cao.
Mặc dù tồn tại một số nhược điểm, song với những ưu thế hơn hẳn về
chuyển động êm và độ bền cao, bộ truyền động bánh răng hypoid được sử dụng
rộng rãi trong cầu dẫn động chính của ô tô ở xe tải cũng như xe du lịch.
2.2. Phân loại và nguyên lý gia công bánh răng côn răng cong
2.2.1. Phân loại bánh răng côn răng cong
Hiện nay bánh răng côn răng cong hypoid được chế tạo theo 3 dạng chính
căn cứ vào dạng đường xoắn của răng trong mặt phẳng chia của bánh dẹt sinh:
1. Bánh răng có dạng cung tròn (hệ Gleason) của Mỹ. Loại này thường có
chiều cao răng thay đổi.
2. Bánh răng có dạng xoắn theo đường thân khai kéo dài (hệ Klingelnberg)

của Cộng hoà Liên bang Đức.
3. Bánh răng có dạng xoắn theo đường Epicycloit kéo dài (hệ Oerlicon) của
Thụy Sĩ. Loại này thường có chiều cao răng không đổi.
Ngoài ra còn có các hệ Fiat - Mammano của Italia và Caraven Brother của
Anh, nhưng các hệ này đều dựa trên nguyên lý Oerlicon.

HV Ngô Xuân Quang

21

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

2.2.2. Nguyên lý cắt răng.
2.2.2.1. Nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Gleason.
Việc gia công bánh răng côn hệ Gleason dựa theo nguyên lý ăn khớp cưỡng
bức giữa bánh răng dẹt sinh tưởng tượng (do chuyển động của dao tạo nên) và phôi
bánh răng gia công (Hình 2-1). Dụng cụ cắt là đầu đá. Khi cắt răng đầu đá sẽ thực
hiện hai chuyển động tạo hình :
- Chuyển động quay quanh trục O (theo chiều S1);
- Chuyển động quay quanh trục đầu dao Of với vận tốc cắt V [m/phút] (theo
chiều S2). Chuyển động S2 là chuyển động tạo hình đơn giản tạo ra chiều dài răng.
Ngoài ra phôi còn
chuyển

động

quay

S3

quanh trục của nó. Để tạo
profin răng, bánh dẹt sinh
(giá lắc lư) và phôi được
cắt có mối liên hệ động
học với nhau thông qua
xích bao hình. Nếu bánh
dẹt sinh chuyển động với
vận tốc góc ω d và bánh
răng được cắt

ω k mối

quan hệ động học giữa chúng được viết :

ω d zd
i bh = k =
zk
ω

(k = 1, 2 )

Trong đó :

zd - số răng của bánh dẹt sinh;

zk - số răng của bánh răng 1 hoặc 2 (chủ động, bị động);

HV Ngô Xuân Quang

22

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

ibh - tỉ số truyền chung của xích bao hình.
Trong quá trình bao hình, bánh dẹt sinh thực hiện chuyển động quay không
toàn phần xung quanh trục O .
Sau mỗi lần gia công xong một rãnh răng, xích bao hình bị phân giải, giá lắc
đảo chiều, quay về vị trí ban đầu, bánh răng được cắt thực hiện phân độ liên tục và
chuẩn bị chu kỳ gia công mới, cứ như thế cho đến khi gia công hết răng.
2.2.2.2. Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg
Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg khác với nguyên lý chế tạo bánh
răng Gleason cơ bản là sử dụng đầu dao phay lăn côn làm việc theo nguyên lý bao
hình liên tục. Bánh răng có chiều cao răng giống nhau trên toàn bộ chiều rộng vành
răng.
Chế tạo bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg dựa trên nguyên lý ăn khớp
cưỡng bức giữa bánh dẹt sinh tưởng tượng (giá lắc) đóng vai trò là dao và bánh răng
đóng vai trò là phôi (Hình 2-2).

Để tạo hình bánh răng Klingelnberg dao phay trục vít thực hiện chuyển động
S3 quay quanh trục của nó tạo ra tốc độ cắt gọt, đầu dao thêm chuyển động phụ S1

HV Ngô Xuân Quang

23

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

để dao phay trục vít lăn trên mặt côn bánh dẹt sinh. Bánh dẹt quay quanh trục tâm
máy với chuyển động S4. Bánh răng chuyển động quanh trục của nó S2.
Để tạo hình biên dạng răng của bánh răng máy cần phải thực hiện các mối
liên kết động học giữa các khâu chấp hành:
1. Mối liên hệ động học giữa dụng cụ - bánh dẹt sinh:
Nếu gọi vận tốc góc đầu dao ω n , ω d - vận tốc góc của bánh dẹt sinh; k - số
đầu mối của dao phay trục vít ta có :

ωd
k
=
⇒ k ⋅ ω n = zd ⋅ ω d
ω n zd
2. Mối liên hệ động học giữa bánh dẹt sinh - giá lắc:

ω dk = ω d + ω k =
trong đó:

ωn
zd

+ωk

ω dk - vận tốc góc tương đối giữa bánh dẹt sinh và giá lắc
ω k - vận tốc góc giá lắc.

3. Mối liên hệ giữa bánh dẹt sinh - phôi có thể viết:

n ph ⋅ zd =
trong đó :

n ph ⋅ k
zd ⋅ sin δ ph

+

nk z d
sin δ ph

δ ph - góc côn chia của bánh răng được cắt;
nk - số vòng quay giá lắc.

2.2.2.3. Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon
Đây là loại bánh răng côn xoắn có dạng răng theo đường cong Epicycloid
kéo dài, chiều cao răng không thay đổi trên toàn bộ vành răng. Nguyên lý chế tạo
(Hình 2-3) cho dạng răng này. Ta tưởng tượng rằng một đường tròn trên đó có gắn
chặt các profin cơ bản của bánh răng với đường tròn cơ sở K0. Trên bánh dẹt có các

HV Ngô Xuân Quang

24

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

đường xoắn theo dạng đường
Epicycloid kéo dài với prôfin
thẳng trong mặt phẳng pháp
tuyến. Trên đầu dao bố trí các
nhóm dao cắt mặt lồi và mặt lõm
biên dạng răng.
Để chế tạo bánh răng
Oerlikon máy có chuyển động
sau: Bánh dẹt sinh chuyển động
quay

quanh

trục

tâm

máy

(S1,S1*); chuyển động tạo ra tốc
độ cắt gọt của đầu dao (S2,S2*); chuyển động của phôi quanh trục của nó (S3,S3*).
Với chiều chuyển động của phôi, dao, bánh dẹt sinh phù hợp cho ta các dạng răng
Êpiciclôit kéo dài hoặc Hypoit kéo dài.
Để tìm mối liên hệ động học giữa các cơ cấu chấp hành ta giả thiết rằng trục

On không chuyển động, đầu dao cùng với đường tròn K 0 quay quanh On và mang
đường tròn K 0 quay quanh tâm S d , quan hệ chuyển động giữa đầu dao - bánh dẹt

ωd
n
=
ω 2 zd

sinh có thể viết :

Trong đó : n - số nhóm dao trên đầu dao.
Cho bánh răng được cắt ăn khớp với bánh dẹt sinh, theo quy luật ăn khớp
bánh răng được cắt có số răng z ph và số răng của bánh dẹt sinh zd ta có quan hệ sau:

zd
ω ω
n
= 3; 3 =
z ph ω d ω 2 z ph
Trong đó : n - là số nhóm dao trên đầu dao. Nếu coi sự ăn khớp đồng thời
của đầu dao - bánh dẹt sinh - bánh răng được gia công ta có phương trình:

HV Ngô Xuân Quang

25

Khóa 2009 - 2011

Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

ω3 : ω2 : ωd =

1 1 1
: :
z ph n z d

Trong ba hệ bánh răng côn răng cong kể trên thì hai hệ Klingelnberg và
Oerlikon có ưu điểm là độ chính xác cao, cho phép làm việc với tốc độ lớn và độ ồn
thấp hơn so với bánh răng hệ Gleason. Nhưng hai hệ bánh răng này lại có nhược
điểm là chế tạo máy và dụng cụ gia công rất phức tạp, năng suất gia công thấp, giá
thành sản phẩm cao và khó ứng dụng công nghệ cao trong điều khiển máy gia công.
Trong khi đó việc chế tạo máy và dụng cụ gia công hệ bánh răng côn răng cong
Gleason lại đơn giản hơn và năng suất gia công cao hơn hẳn so với hai hệ trên.
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì công nghệ CAD/CAM được
ứng dụng rộng rãi trong gia công bánh răng. Điều này cho phép chúng ta ứng dụng
vào gia công bánh răng côn răng cong hệ Gleason với độ chính xác cao, khả năng
tải lớn và độ ồn thấp mà giá thành lại rẻ hơn so với hai loại trên.
Ở Việt Nam hầu hết các thiết bị gia công bánh răng côn răng cong đều thuộc
hệ Gleason, và trên thế giới cũng phát triển mạnh hệ bánh răng này. Do vậy để phù
hợp với tình hình sản suất bánh răng côn răng cong ở Việt Nam cũng như trên thế
giới thì trong luận văn em sẽ tập trung nghiên cứu về bánh răng côn răng cong hệ
Gleason.
Để có cái nhìn sâu sắc về bánh răng côn răng cong hệ Gleason, trước hết ta
sẽ tìm hiểu lý thuyết về tạo hình bánh răng nói chung và sau đó sẽ đi sâu tìm hiểu về
cơ sở lý thuyết và nguyên lý tạo hình của hệ bánh răng này.
2.3. Lý thuyết chung về tạo hình bề mặt biên dạng răng bánh răng
Khái niệm bề mặt khởi thủy: Bề mặt khởi thủy của vật thể tạo hình là bề mặt

tiếp tuyến với các vị trí thứ tự liên tiếp do bề mặt định trước tạo nên với giả thiết
rằng vật thể tạo hình đứng yên và tất cả các chuyển động cần thiết để tạo bề mặt
được vật thể định trước thực hiện.

HV Ngô Xuân Quang

26

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

Đối với cặp động học Dụng cụ - Bánh răng gia công thì bề mặt khởi thủy của
dụng cụ là bề mặt tiếp tuyến với các vị trí thứ tự liên tiếp do bề mặt biên dạng răng
của bánh răng gia công tạo nên với gia thiết rằng dụng cụ đứng yên còn tất cả các
chuyển động cần thiết để gia công bề mặt biên dạng răng của bánh răng thì do bánh
răng thực hiện. Ngược lại bề mặt biên dạng răng của của bánh răng gia công sẽ do
bề mặt của dụng cụ cho trước tạo nên với giả thiết rằng bánh răng gia công sẽ đứng
yên và tất cả các chuyển động cần thiết để gia công bề mặt răng sẽ do dụng cụ thực
hiện.
Như vậy có hai bài toán đạt ra là nếu cho trước bánh răng thì phải thiết kế
dụng cụ để gia công được bánh răng đó và ngược lại nếu biết trước dụng cụ gia
công thì phải xác định được bề mặt biên dạng răng của bánh răng gia công.
Trong nội dung luận văn này ta thực hiện bài toán ngược tức là đã biết bề
mặt côn của lưỡi cắt của dụng cụ gia công bánh răng côn răng cong và cần tìm bề
mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong.
Với dụng cụ cho trước ta xác định được phương trình của lưỡi cắt. Cho lưỡi
cắt này thực hiện các chuyển động khi gia công bề mặt bánh răng ta sẽ nhận được

một họ bề mặt bao của lưỡi cắt, tìm mặt bao của họ mặt bao này chính là bề mặt
biên dạng răng của bánh răng gia công.
Giả sử phương trình họ mặt côn của lưỡi cắt chuyển động có dạng:
F(X,Y,Z,C) = 0
Thì phương trình mặt bao của họ bề mặt côn lưỡi cắt là:

⎧ F ( X , Y , Z , c) = 0
⎪
⎨ ∂F ( X , Y , Z , c)
=0
⎪⎩
∂c

HV Ngô Xuân Quang

27

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

Nguyên lý tạo hình bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong
Nguyên lý tạo hình bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng cong
giống như nguyên lý tạo hình bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng thẳng.
Trước tiên ta nghiên cứu nguyên lý tạo hình bánh răng côn răng thẳng:
Ta biết rằng dạng răng bánh côn thay đổi theo chiều dài răng, nó không phải
là mặt thân khai trong mặt phẳng mà là mặt thân khai trong không gian hay một mặt
thân khai phức tạp. Do đó khi gia công, ta thực hiện bằng hai phương pháp:

+ Phương pháp chép hình
Dùng dao phay đĩa modul, dao phay vấu, đầu dao để gia công răng thẳng,
răng cong chỉ giải quyết được gia công thô, dạng răng không chính xác…
+ Phương pháp bao hình
Liên hệ với phương pháp gia công bánh răng hình trụ, đầu tiên người ta nghĩ
đến dùng nguyên lý ăn khớp bánh răng - bánh răng để thiết kế các chuyển động và
cơ cấu máy.
Đó là phương pháp dùng cặp bánh răng côn
ăn khớp (Hình 2- 4).
Một là dao và một là phôi. Muốn vậy máy
phải có những chuyển động: Bao hình tạo dạng
thân khai không gian (Q1, Q2), tịnh tiến tạo hình

Hình 2-4: Ăn khớp dao - phôi

dạng răng theo chiều dài T3. Nhưng gặp một số khó khăn sau:
+ Dao xọc răng côn có một lưỡi cắt, không thực hiện được chuyển động tịnh
tiến T3 (vì lưỡi dao thay đổi theo chiều dài răng không chế tạo được, nên rãnh phôi
gia công vẫn chép hình lại ms ở đường kính lớn nhất của dao, gây ra sai số dạng
thân khai).

HV Ngô Xuân Quang

28

Khóa 2009 - 2011


Nghiên cứu nguyên lý tạo hình dụng cụ và thiết kế chế tạo dụng cụ gia công
bánh răng côn răng cong hypoid lắp cho ô tô

+ Góc côn thay đổi nên hướng trượt T3 thay đổi, kết cấu máy phức tạp, do đó
phải cải tiến phương pháp này.
- Thay cặp bánh răng côn bằng cặp bánh răng lăn không trượt trên đĩa phẳng
(Hình 2-5) (coi như đĩa phẳng là một bánh côn có góc ở đỉnh 2ϕ = 180°).

Hình 2-5: Bánh răng lăn không trượt trên đĩa phẳng
Côn 2 lăn không trượt trên đĩa phẳng 1, đỉnh côn là tâm O của đĩa phẳng.
Nêu trên côn và đĩa đều có răng thì ta có sự ăn khớp giữa bánh răng côn và bánh
răng dẹt (coi như một thanh răng vòng). Các chuyển động của máy như sau: chuyển
động bao hình Q1, Q2

Hình 2-6: Các chuyển động cắt
Dùng bào hay phay để tạo ra chiều dài răng. Nhưng có những khó khăn sau:

HV Ngô Xuân Quang

29

Khóa 2009 - 2011