Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng côn xoắn và giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng côn xoắn khi gia công

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---***---

NGUYỄN VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU TẠO HÌNH RĂNG CƠN XOẮN GLEASON VÀ
THIẾT KẾ ĐẦU DAO 6’’

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
MÃ SỐ: …………………

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG

Hà Nội - 2013


LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan luận văn này là cơng trình do tơi tổng hợp và nghiên
cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong phần tài
liệu tham khảo đã được trích dẫn. Các kết quả kết quả tính tốn, mô phỏng được
thực hiện dưới sự hướng dẫn của GSKH. TS. Bành Tiến Long là trung thực và chưa
từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả

Nguyễn Văn Thắng

3


LỜI CẢM ƠN

Bằng tất cả sự kính trọng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS. TSKH.
Bành Tiến Long - người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt q trình nghiên cứu
và hồn thành luận văn.
Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại
học,Viện cơ khí - Trường Đại học bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và người thân đã động viên giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Nguyễn Văn Thắng

4


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. 3
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP....................................... 8

PHẦN MỞ ĐẦU .................................................................................................... 9
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CƠN RĂNG XOẮN VÀ TÍNH
TỐN CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN
RĂNG XOẮN ...................................................................................................... 11
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................. 11
1.1.1.Ưu điểm ................................................................................................. 11
1.1.2.Nhược điểm ........................................................................................... 11
1.1.3.Phân loại bánh răng cơn răng xắn......................................................... 12
1.2. CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG CÔN RĂNG XOẮN HỆ
GLEASON. .......................................................................................................... 13
1.2.1.Tỷ số truyền i. ........................................................................................ 13
1.2.2.Số răng Z ............................................................................................... 13
1.2.3.Mơ đun .................................................................................................. 14
1.2.4.Chiều dài trung bình của đường sinh cơn lăn Le.................................... 14
1.2.5.Chiều dài trung bình của đường sinh cơn lăn L. .................................... 14
1.2.6.Đường kính đầu dao Du. ........................................................................ 14
1.2.7.Hệ số chiều cao răng. ............................................................................ 15
1.2.8.Khe hở hướng kính: ............................................................................... 15
1.2.9.Góc áp lực . ......................................................................................... 15
1.2.10 Góc cơn ngồi. .................................................................................... 15
1.2.11.Góc xoắn của răng .............................................................................. 16
1.2.12.Chọn hướng răng................................................................................. 16
1.2.13.Chọn chiều rộng vành răng b............................................................... 16
1.2.14.Sự dịch chỉnh bánh răng. ..................................................................... 17
1.2.15.Các kích thước profil răng:.................................................................. 18
CHƯƠNG II : TẠO HÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG BÁNH RĂNG CƠN RĂNG
XOẮN HỆ GLEASON. ....................................................................................... 20
2.1 TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CƠN RĂNG XOẮN.......................................... 20
2.1.1 Ngun lý tạo hình bánh răng cơn hệ Gleason. ...................................... 20
2.1.2 Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg ............................................ 21

5


2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon.................................................. 23
2.1.4 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng xoắn.......................... 24
2.2 PHƯƠNG TRÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG CỦA BÁNH RĂNG CÔN
RĂNG XOẮN HỆ GLEASON ............................................................................ 24
2.2.1 Các phương pháp cắt............................................................................. 25
2.2.2 Phương pháp bề mặt biên dạng răng của bánh răng cơn răng xoắn hệ
gleason ........................................................................................................... 26
2.2.2.1.Phương trình viết dưới dạng giải tích ............................................. 26
2.2.2.2.Ứng dụng ten-xơ quay viết phương trình bề mặt răng của bánh răng
xoắn răng cơn hệ Gleason.......................................................................... 31
2.2.2.2.1. Thiết lập cơng thức tính ten xơ quay. ...................................... 32
2.2.2.2.2.Thiết lập phương trình bề mặt của bánh răng cơn răng xoắn hệ
Gleason. ................................................................................................. 34
CHƯƠNG III. TÍNH TỐN THIẾT KẾ ĐẦU DAO GIA CÔNG BÁNH
RĂNG CÔN RĂNG XOẮN HỆ GLEASON. ..................................................... 39
3.1. NGUYÊN LÝ GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG XOẮN HỆ
GLEASON. .......................................................................................................... 39
3.2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHẾ TẠO BÁNH RĂNG GLEASON...................... 40
3.3.CÁC LOẠI ĐẦU DAO GLEASON. ............................................................. 42
3.3.1.Đầu dao phay cơn răng xoắn kẹp bằng cơ khó....................................... 42
3.3.1.1.Đầu dao phay thô. .......................................................................... 42
3.3.1.2.Đầu dao phay tinh. ......................................................................... 43
3.4.XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT KẾ CỦA ĐẦU DAO. ......................... 43
3.4.1.Số hiệu dao ............................................................................................ 43
3.4.2.Đường kính danh nghĩa của đầu dao dn ................................................ 44
3.4.3.Số lượng dao Zn ..................................................................................... 44

3.4.4.Lượng mở dao cắt Sn (Chiều rộng làm việc của dao) ............................. 45
3.4.5.Thông số hình học. ................................................................................ 47
3.4.6.Chọn hướng quay của đầu dao. ............................................................. 50
3.4.7.Dạng mặt bên của dao cắt. .................................................................... 50
CHƯƠNG IV. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 51
4.1 Mục đích thực nghiệm ................................................................................... 51
4.2 Chọn phôi ....................................................................................................... 51
4.3 Chọn đầu dao ................................................................................................. 56

6


4.4 Nâng cao chất lượng đầu dao ........................................................................ 60
4.4.1 Thấm Nitơ plasma ................................................................................. 60
4.4.2 Phủ PVD – TiN...................................................................................... 61
4.5 Chọn máy ....................................................................................................... 62
4.6 Chọn máy chạy rà để kiểm tra vết tiếp xúc .................................................. 63
4.7 Tiến hành thí nghiệm: ................................................................................... 64
4.8 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM........................................................................ 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 76

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP
Hình 1.1 Thơng số hình học của bánh răng cơn răng xoắn .................................... 14
Hình 2.1: Nguyên lý tạo hình bánh răng cơn hệ Gleason. ...................................... 21
Hình 2.2: Sơ đồ ngun lý gia cơng bánh răng cơn hệ Klingelnberg ...................... 22
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Oerlikon............................. 23

Hình 2.4: Sơ đồ gia cơng bánh răng cơn răng xoắn ................................................ 26
Hình 2.5: Đầu dao trong hệ trục tọa độ Sd .............................................................. 27
Hình 2.6: Phương trình bề mặt của bánh răng dẹt sinh ........................................... 28
Hình 2.7: Sự cắt bánh răng Z1 và Z2....................................................................... 29
Hình 2.8: Thiết lập cơng thức tính ten xơ quay. ..................................................... 32
Hình 2.9: Q trình hình thành mặt hơng răng ....................................................... 34
Hình 2.10: Hệ véc tơ xác định tọa độ điểm bề mặt hông răng ................................ 37
Hình 3.1: Ngun lý gia cơng bánh răng cơn xoắn................................................. 40
Hình 3.2: Tiết diện của các cơn chia bánh răng ...................................................... 41
Hình 4.1: Phơi được tiện thơ .................................................................................. 51
Hình 4.2: Phơi được tiện cơn ................................................................................. 52
Hình 4.3: Bản vẽ chế tạo bánh răng cơn xoắn. ....................................................... 55
Hình 4.4: Bản vẽ thân dao ..................................................................................... 58
Hình 4.5: Bản vẽ kết cấu lưỡi cắt trong và lưỡi cắt ngồi ....................................... 58
Hình 4.6: Bản vẽ kết cấu dụng cụ gia công bánh răng cơn xoắn ............................. 59
Hình 4.7: Đầu dao bánh răng cơn xoắn khi chưa được thấm .................................. 60
Hình 4.8: Thép P18 thấm ở 5000  5300C .............................................................. 60
Hình 4.9: Đầu dao phủ PVD – TiN ........................................................................ 61
Hình 4.10: Dao cắt bánh răng cơn xoắn khi được lắp đầu dao hồn chỉnh .............. 62
Hình 4.11: Máy gia cơng bánh răng cơn răng xoắn ................................................ 63
Hình 4.12: Máy chạy ra để kiểm tra vết tiếp xúc .................................................... 63
Hình 4.13: Gá dao lên máy .................................................................................... 64
Hình 4.14: Gá phơi ................................................................................................ 64
Hình 4.15: Kiểm tra tổng quan .............................................................................. 65
Hình 4.16: Bánh răng đang được gia cơng ............................................................. 66
Hình 4.17: Cắt lượt 2 với chiều sâu cắt: t =1,5 mm, V = 105m/ph ......................... 66
Hình 4.18: Cặp bánh răng được gia công bằng dụng cụ cắt có đầu dao khơng được
phủ ........................................................................................................................ 67
Hình 4.19: Bánh răng được gia cơng bằng dụng cụ cắt có đầu dao phủ PVD – TiN
.............................................................................................................................. 68

Hình 4.20: So sánh hai bề mặt răng ....................................................................... 68
Hình 4.21: Bề mặt răng được phóng đại ................................................................ 69
Hình 4.22: Phoi khi cắt xong ................................................................................. 70
Hình 4.23: Nghiền răng cơn răng xoắn .................................................................. 72

8


PHẦN MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài:
Bộ truyền động bánh răng nói chung hiện nay đang được sử dụng khá rộng
rãi trong các thiết bị máy móc do có nhiều ưu điểm hơn so với các bộ truyền khác
như bộ truyền xích, dây đai... Trong cơng nghiệp chế tạo ô tô, máy kéo, máy công
cụ, trong ngành giao thông vận tải... các loại bánh răng sử dụng có độ chính xác rất
cao, trong đó bánh răng cơn xoắn có nhiều ưu việt hơn so với bánh răng côn thẳng
nhờ tạo nên bộ truyền làm việc nhịp nhàng, êm, ít tiếng ồn, thời gian ăn khớp dài,
độ bền răng lớn, độ mịn ít, độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ và có khả năng thực
hiện tỷ số truyền lớn. Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng việc gia cơng, tạo
hình chế tạo và nâng cao chất lượng bề mặt của bánh răng côn xoắn rất phức tạp địi
hỏi phải được nghiên cứu đầy đủ mới có thể đảm bảo thiết kế và chế tạo sản phẩm
bánh răng đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thực tế sản xuất. Chính vì vậy việc
“Nghiên cứu tạo hình bề mặt bánh răng côn xoắn và giải pháp nâng cao chất lượng
bề mặt răng côn xoắn khi gia công” là rất cần thiết
2.Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu các phương pháp tạo hình bề mặt gia cơng bánh răng côn xoắn,
ảnh hưởng của từng phương pháp tới chất lượng bộ truyền bánh răng côn xoắn.
Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt răng côn xoắn khi gia
công.
3.Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
- Máy: máy cắt bánh răng côn xoắn 525, 528...

- Vật liệu gia công: Thép hợp kim 9XC, XBG
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm.

9


5. Ý nghĩa của đề tài:
- Ý nghĩa khoa học: Về mặt khoa học đề tài phù hợp với xu thế phát triển
trong nước và ngồi nước tìm hiểu các phương pháp cắt bánh răng côn xoắn, đưa ra
các giải pháp nâng cao chất lượng răng côn xoắn khi gia công
- Ý nghĩa thực tiễn: Bánh răng côn xoắn được sử dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực, việc đưa ra phương pháp tạo hình bề mặt bánh răng hợp lý và nâng cao
chất lượng bề mặt là tất yếu, từng bước nâng cao chất lượng bánh răng côn xoắn sử
dụng trong ơ tơ để góp phần nâng cao tỷ lệ nội địa hóa cơng nghiệp chế tạo ơ tơ tại
Việt Nam
6. Nội dung luận văn:
- Nghiên cứu các phương pháp tạo hình
Xác định các thơng số ảnh hưởng đến q trình tạo hình và chất lượng của
sản phẩm
- Đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng bề mặt
- Lựa chọn 1 loại bánh răng côn xoắn trong ô tô du lịch, cắt thử và khảo
nghiệm chất lượng bánh răng

10


CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CÔN RĂNG XOẮN VÀ TÍNH TỐN

CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CƠN
RĂNG XOẮN

1.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Bánh răng cơn xoắn ngày càng được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo ô tô,
máy kéo, máy bay…Hiện nay bánh răng côn răng xoắn được đưa vào các ngành chế
tạo máy công cụ, cần cẩu, ô tô, máy nông nghiệp và các ngành công nghiệp khác vì
nó có các ưu khuyết điểm như sau:
1.1.1.Ưu điểm
-Có khả năng thực hiện được tỷ số truyền lớn trong một không gian tương đối
hẹp (i tới 1:8)
-Độ bền của bánh răng lớn, tuổi thọ của bánh răng cao.Do có độ bền lớn nên
với cùng một cơng suất có thể giảm được kích thước và trọng lượng của bộ truyền.
-Độ mịn của bánh răng ít, sự mịn của cặp Profil đối tiếp đồng đều.
-Ăn khớp êm, giảm tiếng ồn ngay cả khi có số vịng quay lớn.Có khả năng điều
chỉnh vùng ăn khớp.
-Độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ.
Về gia công bánh răng côn răng xoắn cũng có một số ưu điểm:
-Khơng bị cắt chân răng khi số răng nhỏ (Zmin=5 răng).
-Năng suất cao vì có chuyển động cắt liên tục.
-Phạm vi gia công rộng với bánh răng có mơ đun từ 0,2÷15mm.
-Đối với dạng răng cung trịn có thể mài răng
1.1.2.Nhược điểm
Tuy có nhiều ưu điểm như vậy nhưng bánh răng cơn răng xoắn cũng có
một số nhược điểm sau:
-Lực chiều trục của truyền động bánh răng côn răng xoắn lớn hơn so với
truyền động bánh răng cơn răng thẳng do đó gây mịn răng và khó khăn cho việc
thiết kế ổ.
11

-Tính tốn thiết kế phức tạp hơn so với bánh răng côn răng thẳng.
-Thiết bị để chế tạo bánh răng cơn răng xoắn đắt tiền.
-Việc tính tốn điều chỉnh máy phức tạp địi hỏi phải có cơng nhân và kỹ
thuật viên có tay nghề cao.
-Các bảnh răng cơn răng xoắn nhìn chung chưa thực hiện được ngun
cơng mài răng trừ bánh răng cơn răng xoắn dạng cung trịn.
Mặc dù tồn tại một số nhược điểm trên song ưu điểm của bánh răng côn
răng xoắn vẫn là chủ yếu.Mặt khác sự giúp đỡ của tiến bộ khoa học kỹ thuật các
nhược điểm trên sẽ dần được khắc phục.Vì vậy phạm vi sử dụng của bánh răng côn
răng xoắn ngày càng rộng rãi.
1.1.3.Phân loại bánh răng côn răng xắn.
Việc phân loại bánh răng côn răng xoắn được căn cứ vào dạng đường xoắn
của răng trong mặt phẳng chia của bánh dẹt sinh.
Hiện nay bánh răng côn răng xoắn được chế tạo theo 3 dạng chính sau:
-Bánh răng có dạng cung trịn (Hệ Gleason) của Mỹ.Loại này thường có
chiều cao răng thay đổi.
-Bánh răng có dạng xoắn theo chiều đường thân khai kéo dài (Hệ
Klingelnberg) của Cộng hịa Liên bang Đức.
-Bánh răng có dạng răng xoắn theo đường Epicycloid kéo dài (Hệ
Oerlicon) của Thụy Sĩ.Loại này thường có chiều cao răng khơng đổi.
Ngồi ra cịn có hệ Fiat-Mammano của Italia và Caraven Brother của Anh
nhưng các hệ này đều dựa trên nguyên lý Oerlicon.
Tất cả các dạng răng nói trên đều được hiểu trong mặt phẳng chia của bánh
răng dẹt sinh.
Bánh răng côn răng xoắn mặc dù là loại chi tiết có độ phức tạp cao, tuy
nhiên nó vẫn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị máy móc thuộc các lĩnh vực
khác nhau của nền kinh tế( thiết bị giao thông vận tải, thiết bị khai thác mỏ, thiết bị
công nghiệp nhẹ, thiết bị công nghiệp nặng, thiết bị quân sự…) ngun nhân là do
bánh răng cơn răng xoắn có những ưu điểm nổi bật sau:

-Có khả năng truyền động lớn và hệ số trùng khớp lớn.
12


-Tăng sức bền uốn và nén của răng, tăng tuổi thọ của bộ truyền.
-Sự ăn mòn của cặp profil đối tiếp đồng đều.
-Giảm tiếng ồn ngay cả khi số vòng quay lớn, có khả năng điều chỉnh vùng
ăn khớp.
-Hiệu suất sử dụng của máy gia cơng lớn.
1.2. CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA BÁNH RĂNG CƠN RĂNG XOẮN HỆ
GLEASON.
Có nhiều tài liệu trình bày về vấn đề này,nhưng thơng số trình bày dưới đây
chủ yếu dựa trên cơ sở của tài liệu [1]
1.2.1.Tỷ số truyền i.
Tỷ số truyền i của cặp truyền động được định nghĩa là tỷ số giữa số răng
bánh bị động (Z2) và bánh chủ động (Z1).
i=Z2/Z1=32/32=1
Kết quả của máy cho phép i ≤8.
1.2.2.Số răng Z
Số răng nhỏ nhất Z=5, còn số răng lớn nhất được xác định theo đường kính
lớn nhất của phơi và mơ đun nhỏ nhất của bánh răng có thể cắt được trên máy kiểu
ta có.
Thường xác định số bánh răng nhỏ Z1 các tài liệu trình bày cách xác định Z1
bằng bảng hay đồ thị, dựa vào tỷ số truyền i.

13


ßs
ßo

ßt

Shn

1
hp
1
hh

e
Rd

dr1

d h2
dr2

dh1

dp2

dp2
dr2

dh2

b

dr2

dh2

Hình 1.1 Thơng số hình học của bánh răng côn răng xoắn
1.2.3.Mô đun
Tùy theo dạng răng mà người ta sử dụng mô đun pháp tuyến mn hoặc mô đun
mặt đầu trên vành ngồi ms.
ms=m n/cosβ
1.2.4.Chiều dài trung bình của đường sinh côn lăn Le.
Le được xác định theo công thức:
Le=0,5ms
1.2.5.Chiều dài trung bình của đường sinh cơn lăn L.
L=Le-0,5b (Trong đó b là chiều rộng vành răng)
1.2.6.Đường kính đầu dao Du.
Căn cứ vào ms, Le,β, hay b để chọn đường kính đầu dao cắt cặp bánh răng
theo bảng tra trong các sổ tay chế tạo bánh răng và chế tạo dụng cụ (thiết kế dụng
cụ gia công bánh răng của các thầy Trịnh Minh Tứ, Bành Tiến Long, Trần Thế
Lục).

14


1.2.7.Hệ số chiều cao răng.
Hệ số chiều cao răng được xác định trong tiết diện mặt đầu( fs) hoặc trong
tiết diện pháp tuyến (fn) tùy thuộc vào dạng răng và góc xoắn β; trị số tra bảng.
1.2.8.Khe hở hướng kính:
Khe hở hướng kính C được xác định trong tiết diện mặt đầu.Giá trị C được
tra trong các sổ tay bánh răng ( sách tính tốn thiết kế bánh chi tiết máy)
1.2.9.Góc áp lực .
Phổ biến có các giá trị α= 14030’ ; α=160; α=17030’ và α=200.
Việc chọn α phụ thuộc và tỷ số truyền i.Năm 1992 hãng Gleason quyết định

dung 2 loại góc áp lực α=14030’ trong đó lấy góc 14030’ là chính.Sử dụng góc áp
lực nhỏ có các nhược điểm sau:
-Tăng tỷ lệ tiếp xúc của hai biên dạng răng dẫn đến tăng tính cân bằng trong
truyền động.
-Giảm lực hướng trục và hướng tâm.
-Khi α nhỏ và số răng Z nhỏ dễ sinh hiện tượng cắt chân răng vì vậy nên
chọn α lớn.
Trong chế tạo máy , ô tô, máy bay phổ biến là dung α=200.
1.2.10 Góc cơn ngồi.
Để tăng bán kính lượn ở đáy răng và tăng khả năng chịu tải ở phần đầu nhỏ
của răng nên tạo cho đường sinh cơn ngồi của bánh răng này song song với đường
sinh côn trong của bánh răng kia trong một cặp bánh răng ăn khớp nghĩa là khe hở
hướng kính đồng đều trên cả chiều dài răng.
Như vậy góc cơn ngồi của hai bánh răng ăn khớp được tính như sau:
δh1=δr1+vp2
δh2=δr2+vp1
Trong đó δr1 ;δr2 là góc cơn chia của bánh răng chủ động và bánh răng bị
động.
vp2; vp1 là góc chân răng của bánh chủ động và bánh bị động
δh1; δh2 là góc cơn ngồi của bánh răng chủ động và bánh răng bị động.

15


1.2.11.Góc xoắn của răng
Góc xoắn của răng là góc giữa tiếp tuyến với hướng răng và đường nối tâm
của điểm đó.Góc xoắn thay đổi dọc theo đường răng nên người ta đưa ra khái niệm
góc xoắn trung bình βtb đây là góc xoắn được xác định ở điểm giữa của vành răng.
Để lựa chọn đúng góc xoắn của răng phải tính đến ảnh hưởng của các yếu tố
ăn khớp.Trị số góc xoắn liên hệ với hệ số trùng khớp tổng.Với bánh răng trụ răng

thẳng hệ số trùng khớp ε=1; với bảnh răng nghiêng ε>1, với bánh răng cơn răng
cong góc β càng lớn thì ε càng tăng, điều đó dẫn đến kết quả là bộ truyền làm việc
êm hơn.Theo kinh nghiệm tốt nhất ta nên chọn β sao cho ε=2.
Tuy vậy gócβ càng tăng thì lực chiều trục tăng gây mịn dạng răng và khó
khăn cho việc thiết kế ổ.Với quan điểm đảm bảo độ bền của răng và tính êm trong
quá trình ăn khớp, hợp lý nhất nên chọn góc xoắn β sao cho ε>2 một chút, làm cho
ln có hai răng ăn khớp.
Trong thời gian gần đây hay sử dụng góc xoắn trung bình βtb=250÷400.
1.2.12.Chọn hướng răng
Ta xác định hướng răng bằng cách nhìn vào vành răng và đi từ tâm vành
răng đi ra, nếu hướng răng ngược chiều kim đồng hồ là xoắn trái và ngược lại xuôi
theo chiều kim đồng hồ là xoắn phải.
Một cặp răng đối tiếp thì có hướng răng ngược chiều nhau.
Trong ơ tô, máy kéo bánh răng chủ động luôn bị đẩy ra khỏi tâm nên thường
chọn bánh chủ động có hướng xoắn trái, còn bánh bị động xoắn phải.
1.2.13.Chọn chiều rộng vành răng b.
Với bảnh răng trụ muốn răng khả năng tải ta tăng mô đun m hay tăng chiều
rộng vành răng b.Trường hợp bánh răng côn răng cong không giống như thế.Với
bánh răng côn răng xoắn chiều rộng vành răng b không được vượt quá trị số chỉ ra
dưới đây:
bmax1=1,36.R=0,3 Re; b max2=10ms
Tăng chiều rộng vành răng b so với các trị số trên không những không tăng
độ bền và khả năng làm việc của bộ truyền mà có thể hạ thấp những chỉ tiêu đó bởi
vì khi tăng chiều rộng vành răng một cách quá đáng,kích thước răng ở đầu ngoài và
16


đầu trong khác nhau đáng kể, nên có sự tập trung tải trọng ở đầu bé của răng.Hơn
nữa tăng b quá đáng làm cho đỉnh răng ngày càng bé, dao vào cắt khó hơn.
1.2.14.Sự dịch chỉnh bánh răng.

Dịch chỉnh bánh răng có tác dụng cải thiện chất lượng ăn khớp.Bộ truyền
bánh răng dịch chỉnh chịu tải cao hơn bộ truyền khơng dịch chỉnh,sức bền tiếp xúc
có thể tăng 25%, sức bền uốn có thể tăng 100%, khả năng chống mịn chống dính
tăng.Ngồi ra khi thiết kế những bộ truyền có khoảng cách trục cho trước nhiều khi
phải dùng bánh răng dịch chỉnh.
Có những loại dịch chỉnh sau:
-Dịch chỉnh theo chiều cao
-Dịch chỉnh tiếp tuyến
-Trong dịch chỉnh theo chiều cao có dịch chỉnh đều và dịch chỉnh gió
a) Dịch chỉnh chiều cao
Bản chất của dịch chỉnh theo chiều cao là profil của bánh răng nhận được sự
dịch chuyển vị trí, khi đó chiều cao đầu răng một bánh răng được tăng một lượng ξm
còn chiều cao chân răng giảm đi với cùng lượng đó.Với bánh răng thứ hai sẽ có sự
thay đổi chiều cao đầu răng và tăng chiều cao chân răng.
b) Dịch chuyển góc
Thường ít dùng dịch chuyển góc đối với bánh răng nón vì phải giữ ngun
góc giữa hai trục nên khó thực hiện chỉnh góc.
Thực hiện dịch chỉnh góc (thay đổi góc ăn khớp của bánh răng được gia công
so với profil của dụng cụ) bằng cách thay đổi tốc độ tương ứng khi bao hình.
c) Dịch chỉnh tiếp tuyến
Thực chất của dịch chỉnh tiếp tuyến là sự thay đổi chiều dày răng theo vòng
chia, một bánh răng có chiều dày răng tăng them một lượng τm. Cịn bánh răng ăn
khớp với nó chiều dày răng bị giảm một lượng τm.Mục đích của việc làm này là để
đạt được độ bền đều của răng cả hai bảnh răng.
Trị số τ được gọi là hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến.Ta có τn= τs= τ.Tức là hệ số
dịch chỉnh tiếp tuyến trong tiết diện pháp tuyến và tiết diện mặt đầu là bằng

17

nhau.Hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến được xác định bằng cách so sánh sức bền uốn của
răng chủ động và bánh bị động.
1.2.15.Các kích thước profil răng:
Tùy theo dạng răng (I, II, III) mà ta có cách tính profil khác nhau.
Đối với răng dạng I ta có:
-Chiều cao tồn răng :

h=2fsms+C

-Chiều cao răng ở mặt đầu:
=ms (fs+ ξscosβ)
=2fsms Trong đó ξ là hệ số dịch chỉnh chiều cao răng.
-Chiều cao chân răng ở mặt đầu.
=

-Góc cơn chân răng:
tg 1=

; tg 2=

-Góc cơn chia:
tg

1=

; =90

1

-Góc cơn ngồi:

e1=

1+ 2

e2=
-Góc cơn trong :
i1=
i2=

2+ 2

1+ 2
2+ 2

-Đường kính vịng chia:
D1=msZ1
D2=msZ2
-Đường kính ngồi:
De1=D1+2 .cos

1

De2=D2+2

2

.cos

-Cự ly lắp ráp (khoảng cách từ đỉnh côn chia đến mặt tựa chuẩn )

18


A1=Lecos

1

1+K1

A2=Lecos

2

2+K2

Trong đó K là khoảng cách từ giao điểm của cơn ngồi và cơn phụ đến mặt
trực chuẩn.
-Chiều dày răng theo cung vịng chia:
S1=m a(1,571+2ξntgαn+τ)
S2=πm s-S1
Trong đó ξ là hệ số dịch chỉnh chiều cao (tra bảng)
τ là hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến
Kết luận : Trong chương này đã đã giới thiệu, phân tích được ưu nhược
điểm tổng quan về bánh răng cơn, răng xoắn và tính tốn, phân loại được các thơng
số hình học của bộ truyền bánh răng cong, các thông số cơ bản của bánh răng hệ
Gleason

19

CHƯƠNG II : TẠO HÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG BÁNH RĂNG CƠN RĂNG
XOẮN HỆ GLEASON.
2.1 TẠO HÌNH BÁNH RĂNG CƠN RĂNG XOẮN
Bánh răng côn răng xoắn được sử dụng nhiều trong các thiết bị cơng
nghiệp nhưng tập trung có ba hệ chính sau :
1.

Bánh răng cơn hệ Gleason : bánh răng cơn răng xoắn có đường răng là

cung trịn.
2.

Bánh răng cơn hệ Klingelnberg : bánh răng cơn răng cong có đường

răng là đường thân khai kéo dài
3.

Bánh răng côn hệ Oerlikon : bánh răng cơn răng cong có đường răng là

đường cong Epicycloid kéo dài.
2.1.1 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ Gleason.
Việc gia công bánh răng côn hệ Gleason dựa theo nguyên lý ăn khớp
cưỡng bức giữa các bánh răng dẹt sinh tưởng tượng (do chiều chuyển động của dao
tạo nên) và phơi bánh răng gia cơng. (Hình 2-1). Dụng cụ cắt là dao phay mặt mặt
đầu, trên đó có gắn lưỡi dao. Khi cắt răng đầu dao sẽ thực hiện hai chuyển động tạo
hình :
- Chuyển động quay quanh trục O (theo chiều S1);
- Chuyển động quay quanh trục đầu dao O1 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.
Ngồi ra phơi cịn chuyển động quay S2 quanh trục của nó. Để tạo profin

răng, bánh dẹt sinh (giá lắc lư) và phôi được cắt có mối quan hệ động lực học với
nhau thơng qua xích bao hình. Nếu bánh dẹt sinh chuyển động với vận tốc góc ωd
và bánh răng được cắt ωk có mối quan hệ động lực giữa chúng được viết:

ibh 

 d zd (k = 1, 2)

 k zk

20


Trong đó:

zd - số răng của bánh dẹt sinh;
zk - số răng của bánh răng 1 hoặc 2 (chủ động, bị động);
ibh - Tỉ số truyền chung của xích bao hình

Hình 2.1: Ngun lý tạo hình bánh răng cơn hệ Gleason.
Trong quá trình bao hình, bánh dẹt sinh thực hiện chuyển động quay 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 bạn đầu, bánh răng được cắt thự hiện phân độ liên tục và
chuẩn bị chu kỳ gia công mới, cứ như thế cho đến khi gia công hết răng.
2.1.2 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 dẹp sinh tưởng tượng ( giá lắc đóng vai trị là dao và bánh
răng đóng vai trị là dao và bánh răng vai trị là phơi. Để tạo hình bánh răng

21


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 để dao phay trục vít lắn trên
mặt cơn bánh dẹp sinh. Bánh dẹp quay quanh trục tâm máy với chuyển động S4.
Bánh răng chuyển động quanh trục của nó S2.

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý gia công bánh răng côn hệ Klingelnberg
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 dẹp sinh:
Nếu gọi vận tốc góc đầu dao ωn, ωd – vận tốc góc của bánh dẹp sinh; k – số đầu mối
của dao phay trục vít ta có:
d k
  k .n  zd .d
n zd

2. Mối liên hệ động học giữa bánh dẹp sinh – giá lắc:
dk  d  k 

n
 k
zd

Trong đó: dk - Vận tốc góc tương đối giữa bánh dẹp sinh và giá lắc

k - vận tốc góc giá lắc.

3. Mối liên hệ giữa bánh dẹp sinh – phơi có thể viết
n ph . zd 

n ph .k
zd .sin  ph



nk . zd
sin  ph

22


Trong đó:  ph - góc cơn chia của bánh răng được cắt
nk - số vòng quay giá lắc.

2.1.3 Nguyên lý chế tạo bánh răng Oerlikon
Đây là loại bánh răng cơn xoắn có dạng răng theo đường Epicyloid kéo dài,
chiều cao răng khơng thay đổi trên tồn bộ vành răng. Ta tưởng tượng rằng một
đường trịn trên đó có gắn chặt các profin cơ bản của bánh răng với đường trịn cơ
sở K0. Trên bánh dẹp có các đường xoắn theo dạng đường Epicyloid kéo dài với
profin thẳng trong mặt phẳng pháp tuyến. Trên đầu dao bố trí các nhóm dao cắt mặt
lồi và mặt lõ biên dạng răng.
Để chế tạo bánh răng Oerlikon máy có chuyển động sau: Bánh dẹp sinh
chuyển động quay quanh trục tâm máy ( S1, S1 * ); chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt
của dầu dao ( S2, S2* ); chuyển động của phơi quanh trục của nó ( S3, S3* ). Với
chiều chuyển động của phôi, dao, bánh dẹp sinh phù hợp cho ta các dạng răng

epicicloit 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 Ko quay quanh On và

Hình 2.3: Sơ đồ ngun lý gia cơng bánh răng cơn hệ Oerlikon
Mang đường trịng K0 quay quanh tâm Sd, quan hệ chuyển động giữa đầu dao –
bánh dẹp sinh có thể viết:
d n

2 zd

23


Trong đó: n- số nhóm dao trên đầu dao.
Cho bánh răng được cắt ăn khớp với bánh dẹp sinh, theo quy luật ăn khớp bánh
răng đươc cắt có số răng zph và số răng của bánh dẹp sinh zd ta có quan hệ như sau:
zd 3 3
n

; 
z ph d 2 z ph

Trong đó: n – số nhóm dao trên đầu dao. Nếu coi sự ăn khớp đồng thời của đầu
dao – bánh dẹp sinh – bánh răng được gia cơng ta có phương trình
3 : 2 : d 

1 1 1
 
z ph n zd

2.1.4 Ưu nhược điểm của từng hệ bánh răng côn răng xoắn
Trong ba hệ bánh răng côn răng xoắn kể trên, bánh răng kệ Klingelnberg,
Oerlikon có ưu điểm độ chính xác cao, cho phép làm việc ở tốc độ lớn và độ ồn
thấp hơn so với bánh răng hệ Gleason. Nhưng nhược điểm của hai hệ bánh răng này
là : Chế tạo máy và dụng cụ gia công phức tạp, năng suất gia công thấp, giá thành
sản phẩm cao và khó ứng dụng cơng nghệ cao trong điều khiển máy gia công.
Đối với hệ bánh răng cơn răng cong Gleason thì chế tạo máy và dụng cụ gia
cơng sẽ đơn giản hơn và có năng suất gia công cao hơn hẳn so với hai hệ trên.
Trước đây các nước phương tây thường dùng dạng răng Klingelnberg, Oerlikon
phục vụ cho công nghiệp oto. Ngày ngày bằng sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ
thuật đã cho phép chúng ta ứng dụng công nghệ cao CAD/CAM trong lĩnh vực gia
công bánh rang. Điều này cho phép chúng ta cải thiện một bước đáng kể chất lượng
của sản phẩm, từ đó có thể ứng dụng bánh răng cơn răng xoắn hệ Gleason trong mọi
loại thiết bị có yêu cầu độ chính xác cao, khả năng tải lớn, độ ồn thấp. Trong khi giá
thành của sản phẩm bánh rang côn răng cong hệ Gleason lại rẻ hơn rất nhiều so với
hai loại trên

2.2 PHƯƠNG TRÌNH BỀ MẶT BIẾN DẠNG CỦA BÁNH RĂNG CƠN
RĂNG XOẮN HỆ GLEASON
Để có cơ sở lý luận nghiên cứu các tham số ảnh hưởng đến chất lượng của
bánh răng côn răng xoắn. Trong chương này chúng ta sẽ khảo sát phương trình bề

24


mặt biên dạng bánh răng côn răng xoắn hệ Gleason.
2.2.1 Các phương pháp cắt.
Trước khi đi vào xây dựng phương trình bề mặt biên dạng răng của bánh
răng cơn răng xoắn hệ Gleason, chúng ta hãy khảo sát qua các phương pháp cắt.

Qua đó có một số tham khảo ban đầu cho việc xay dựng phương trình biên dạng.
Có nhiều phương pháp khác nhau để cắt bánh răng côn răng xoắn hệ
Gleason. Việc lựa chọn phương pháp này hay phương pháp kia toe yêu cầu độ chính
tùy theo yêu cầu độ chính xác bánh răng cắt, năng suất cắt, số lượng dụng cụ v.v…
Có các phương pháp cắt chủ yếu dùng cả hai bánh răng:
1. Phương pháp một mặt cắt: Đặc trưng của phương pháp này là việc gia
công riêng biệt mặt lồi và mặt lõm trên răng của bánh răng nhỏ cũng như bánh răng
lớn. Ở đây dùng ba phương án gia công:
a- Cắt cả cặp bánh răng ăn khớp bằng gá đặt khác nhau đối với mỗi măt của
răng .
b- Cắt cả mặt lõm và mặt lồi trên răng của bánh răng lớn với cùng vị trí tâm
đầu dao. Khi chuyển từ mặt này sang mặt kia thì chúng ta xoay phơi đi một góc cần
thiết để đảm bảo chiều dầy của răng. Còn đối với bánh răng nhỏ thì cắt như phương
án a.
c- Cắt cả hai bánh răng bằng phương pháp xoay với cùng một vị trí tâm đầu
dao.
Phương pháp cắt một mặt tạo ra biên dạng tốt hơn cả (đảm bảo tốt cho vùng
tiếp xúc trên chiều dài bất kỳ và khơng có hiện tượng tiếp xúc chéo).
2. Phương pháp cắt hai mặt đơn giản: Đặc trưng của phương pháp này là
việc gia công bánh răng lớn hơn bằng đầu dao hai mặt để cắt đồng thời mặt lõm và
mặt lồi của răng, còn bánh nhỏ thì gia cơng theo phương pháp một mặt cắt. Phương
pháp này đảm bảo vùng tiếp xúc tốt, độ bóng bề mặt răng và năng suất cao.
3. Phương pháp gá đặt cố định: là một dạng của phương pháp cắt hai mặt
đơn giản mặt lõm và mặt lồi của răng nhỏ được gia công trên hai máy riêng biệt
bằng hai đầu dao, dao một mặt. Các máy này được điều chỉnh cho một nguyễn công
nhất định. Bánh răng lớn được gia công trên máy thứ ba bằng đầu dao hai mặt với
25


một lần gá. Phương pháp này có thể gia cơng được bộ truyền bánh răng cịn có độ

chính xác.
4. Phương pháp cắt hai mặt kép: Đặc trưng của phương pháp này là cả hai
mặt lồi và lõm trên răng của cả bánh răng lớn và nhỏ hai đầu dao hai mặt. Phương
pháp này có độ chính xác khồn cao, nên dùng thích hợp nhất cho những bộ truyền
bánh răng có modul lớn mà không yêu cầu cao về chất lượng và các cặp có modul
nhỏ
2.2.2 Phương pháp bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng xoắn hệ
gleason
Bề mặt biên dạng răng của bánh răng côn răng xoắn hệ Gleason có thể mơ tả
dưới nhiều dạng khác nhau, ở đây chỉ mô tả bề mặt biên dạng răng dưới hai dạng:
giải tích và ten xơ.
2.2.2.1.Phương trình viết dưới dạng giải tích
Dựa theo ngun lý tạo hình gia cơng bánh răng côn răng xoắn đã nêu trong
chương 1 để viết về phương trình biên dạng răng.
Kết cấu của đầu dao cắt gồm có các lưỡi cắt trong và các lưỡi cắt ngồi.
Theo sơ đồ hình

Hình 2.4: Sơ đồ gia cơng bánh răng côn răng xoắn

26