Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Răng Cong Trên Máy Cnc 4d.doc

Tải tài liệu tại sividoc.com
Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LÊ TIẾN THANH
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH
RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY CNC
4D
CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS HOÀNG VỊ
Thái Nguyên, năm 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.v

2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LÊ TIẾN THANH
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH
RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY CNC
4D
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TRƯỞNG KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên, năm 2016

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

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

iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ...........................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................vi
PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................................1
1. Đặt vấn đề.............................................................................................................1
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài..............................................................................3
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ............................................................3
3.1. Ý nghĩa khoa học................................................................................................3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn................................................................................................3
4. Phương pháp và phương pháp luận......................................................................3
4.1. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................3
4.2. Phương pháp luận...............................................................................................4
5. Nội dung của đề tài...............................................................................................4
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ ......................5
1.1 Giới thiệu chung ...................................................................................................5
1.2 Các loại bộ truyền bánh răng trụ ..........................................................................5
1.2.1 Bộ truyền bánh răng thẳng ................................................................................5
1.2.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng ............................................................................9
1.2.3 Bộ truyền bánh răng chữ V..............................................................................11
1.3 Kết luận...............................................................................................................13
Chương 2: BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG ..........................14
2.1 Phần khái quát. ...................................................................................................14
2.2 Bánh răng trụ răng cong .....................................................................................14
2.2.1 Đường răng......................................................................................................14
2.2.2 Biên dạng răng.................................................................................................16
2.2.3 Các thông số hình học của bánh răng trụ răng cong. ......................................18

iv
2.3 Kết luận...............................................................................................................22
Chương 3: THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG
TRÊN MÁY TÍNH .................................................................................................23
3.1 Công cụ phần mềm.............................................................................................23
3.2 Thông số thiết kế của bộ truyền. ........................................................................23
3.3 Thiết kế bộ truyền động bánh răng trụ răng cong ..............................................24
3.3.1 Thiết kế phôi....................................................................................................24
3.3.2 Thiết kế biên dạng răng. ..................................................................................25
3.3.3 Thiết kế đường răng.........................................................................................28
3.3.4 Thiết kế bánh răng trụ răng cong.....................................................................30
3.4 Mô phỏng quá trình làm việc..............................................................................32
3.4.1 Thiết kế mô hình mô phỏng.............................................................................32
3.4.2 Mô phỏng quá trình làm việc của bộ truyền bánh răng trụ răng cong ............34
3.5 Kết luận...............................................................................................................36
Chương 4: THỬ NGHIỆM CHẾ TẠO BỘ TRUYỂN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG
CONG ......................................................................................................................37
4.1 Chế tạo thanh răng cơ sở ....................................................................................37
4.1.1 Thông số hình học thanh răng cơ sở................................................................37
4.1.2 Công cụ phần mềm..........................................................................................38
4.1.3 Thiết kế đường chạy dao .................................................................................38
4.1.4 Biên dịch chương trình gia công .....................................................................40
4.1.5 Phôi gia công ...................................................................................................44
4.1.6 Máy gia công ...................................................................................................45
4.1.7 Gia công thanh răng cong................................................................................47
4.2 Chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong. .......................................................48
4.2.1 Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng cong .......................48
4.2.2 Công cụ phần mềm..........................................................................................50
4.2.3 Thiết kế đường răng.........................................................................................50
4.2.4 Biên dịch chương trình gia công. ....................................................................53
4.2.5 Máy gia công ...................................................................................................56

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

vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TT Hình Nội dung Trang
1 Hình 1.1 Bánh răng thẳng 6
2 Hình 1.2
Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng
7
răng
3 Hình 1.3 Sơ đồ chuốt răng bao hình 7
4 Hình 1.4 Sơ đồ xọc răng bao hình 8
5 Hình 1.5 Nguyễn lý bao hình biên dạng răng 8
6 Hình 1.6 Bánh răng trụ răng nghiêng 9
7 Hình 1.7
Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên
10
máy phay vạn năng
8 Hình 1.8
Phay bánh răng nghiêng bằng phương pháp
11
bao hình
9 Hình 1.9 Bánh răng chữ V 11
10 Hình 1.10
Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp
12
chép hình
12 Hình 1.11
Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp
12
bao hình
13 Hình 2.1 Mô hình xác định đường răng 15
14 Hình 2.2 Biên dạng sinh của răng 17
15 Hình 2.3 Đường thân khai trong hệ tọa độ cực 17
16 Hình 2.4 Thông số hình học bánh răng trụ răng cong 19
17 Hình 2.5 Góc ăn khớp 20
18 Hình 2.6 Đường ăn khớp và cung ăn khớp 21
19 Hình 2.7 Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong 21
20 Hình 3.1 Đường tròn cơ sở 24
21 Hình 3.2 Thông số mặt trụ phôi 25
22 Hình 3.3 Các thông số của bộ truyền bánh răng thẳng 26
23 Hình 3.4 Tách biên dạng răng 26

vii
24 Hình 3.5 Vị trí biên dạng thân khai trong file thiết kế 27
phôi
25 Hình 3.6 Biên dạng răng được kéo dài 27
26 Hình 3.7 Khối trụ đi qua đường kính vòng lăn . 28
27 Hình 3.8 Cung tròn trên mặt phẳng tiếp tuyến. 29
28 Hình 3.9 Đường răng của bánh răng trụ răng cong 29
29 Hình 310 Hai đường cong răng trong một rãnh răng 30
30 Hình 3.11 Thiết kế rãnh răng 30
31 Hình 3.12 Hình dáng rãnh răng 31
32 Hình 3.13 Thông số lệnh sao chép theo dãy 32
33 Hình 3.14 Cặp bánh răng trụ răng cong 32
34 Hình 3.15 Gối đỡ 33
35 Hình 3.16 Ràng buộc các thông số lắp ghép 33
36 Hinh 3.17 Các cặp bề mặt đối tiếp 34
37 Hình 3.18 Thông số chạy mô phỏng 34
38 Hình 3.19 Góc quay camera thứ nhất 35
39 Hình 3.20 Góc quay camera thứ hai 35
40 Hình 3.21 Góc quay camera thứ ba 35
41 Hình 3.22
Bánh răng chủ động quay thuận chiều kim
36
đồng hồ
42 Hình 3.23 Bánh răng chủ động đảo chiều truyền động 36
45 Hình 4.1 Bán kính cong của thanh răng cơ sở 37
43 Hình 4.2 Bản vẽ thanh răng cơ sở 38
44 Hình 4.3 Biên dạng chạy dao 39
45 Hình 4.4 Các đường răng 40
46 Hình 4.5 Các dòng máy gia công trong phần mềm 40
57 Hình 4.6 Xác lập thông số gia công 41
48 Hình 4.7 Đường chạy dao 41
49 Hình 4.8 Thông số quá trình vào dao và thoát dao 42

viii
50 Hình 4.9 Sơ đồ đường chạy dao khi gia công 42
51 Hình 4.10 Mô phỏng quá trình gia công 42
52 Hình 4.11 Bản vẽ phôi gia công thanh răng cơ sở 45
53 Hình 4.12 Trung tâm CNC - VF2 45
54 Hình 4.13 Cài đặt thông số trên máy 47
55 Hình 4.14 Tổng thể quá trình gia công 48
56 Hình 4.15 Thanh răng sinh 48
57 Hình 4.16 Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong 49
58 Hình 4.17 Vị trí cung tròn đường răng 50
59 Hình 4.18 Đường răng 51
60 Hình 4.19 Góc giữa hai đường răng 51
61 Hình 4.20 Thông số lệnh sao chép đường răng 52
62 Hình 4.21 Các đường chân răng 52
63 Hình 4.22 Thông số cài đặt của lệnh Xform Roll 53
64 Hình 4.23 Đường chân răng trải ra trên mặt phẳng 53
65 Hình 4.24 Cài đặt trục thứ 4 54
66 Hình 4.25 Thông số quá trình vào dao và thoát dao 54
67 Hình 4.26 Mô phỏng quá trình gia công 55
68 Hình 4.27 Trung tâm CNC5D VF2 – TR160 57
69 Hình 4.28 Bản vẽ phôi gia công bánh răng trụ răng cong 58
70 Hình 4.29 Dao phay ngón mô dun 2.5 59
71 Hình 4.30 Quá trình gá phôi 59
72 Hình 4.31 Tổng thể quá trình cắt gọt 60
73 Hình 4.32
Màn hình hiện thị các thông số quá trình gia
60
công
74 Hình 4.33 Sản phẩm sau khi gia công xong 61
75 Hình 4.34 Sản phẩm bánh răng cong hoàn thiện 61
76 Hình 4.35 Vết tiếp xúc của bánh răng 62

1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Bộ truyền bánh răng dùng phổ biến trong kỹ thuật để truyền chuyển đông̣và
truyền lực của các máy, thiết bi ḳỹ thuật công nghiệp, xây dựng, y tế, đồgia dung,̣
phương tiện giao thông vâṇ tải thuỷ bộ, quốc phòng, hàng không vũ trụ… Truyền
động bánh răng trụ có khả năng truyền lực lớn, đảm bảo tỷ số truyền ổn định, hiệu
suất cao và truyền động êm. Các nghiên cứu về truyền động răng thường tập trung
vào biên dạng ăn khớp, đường răng và các cơ cấu ứng dụng nó.
Với những yêu cầu kỹthuâṭngày càng cao như đô ̣chính xác truyền đông,̣
truyền lưc,̣ it́ ồn, ít rung động, đô ̣bền …thìcác nghiên cứu ứng dụng các công
nghệ mới như CAD-CAM-CNC để nâng cao chất lượng hiệu quả trong thiết kế,
chế tạo bộ truyền bánh răng ngày càng phổ biến.
Bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật để
truyền và biến đổi truyền động. Là cơ cấu chính để làm khớp nối, ly hợp, cơ cấu
bánh răng bậc, cơ cấu hành tinh, hộp số, hộp truyền lực…Việc thiết kế bộ truyền
bánh răng thẳng không khó, công nghệ chế tạo răng thẳng không quá phức tạp và đã
hình thành qui trình chuẩn trên các máy công cụ chuyên dung để chế tạo răng chính
xác. Mặt khác việc tháo lắp bộ truyền bánh răng thẳng khá đơn giản, có thể thay đổi
vị trí ăn khớp theo phương dọc trục, trong truyền động không phát sinh thành phần
lực dọc trục thuận tiện cho việc lựa chọn ổ và gối đỡ trục. Tuy nhiên bên cạnh các
ưu điểm kể trên thì bộ truyền bánh răng thẳng còn có những hạn chế như hệ số trùng
khớp không cao làm giảm khả năng tải, dễ hình thành khe hở gây rung động, va đập
ở tốc độ cao. Trong trường hợp cần truyền động êm, truyền lực lớn hơn, tốc độ cao
hơn thì việc sử dụng bánh răng trụ răng nghiêng sẽ khắc phục được các hạn chế trên
của bánh răng thẳng và kích thước bộ truyền cùng tỉ số truyền được giảm đáng kể
nhờ hệ số trùng khớp của bánh răng nghiêng lớn hơn so với bánh răng thẳng. Mặc
dù khả năng tải lớn, truyền động êm nhưng trong quá trình làm việc, sự ăn khớp răng
nghiêng làm phát sinh thành phần lực dọc trục do đó chi phí ổ, gối đỡ trong truyền
động răng nghiêng cao hơn nhiều. Đặc biệt ở các hộp truyền lực của máy khai thác
mỏ, máy xây dựng và các phương tiện giao

2
thông, công trình hạng nặng hiện nay thường sử dụng bộ truyền bánh răng chữ V
(double helical gear, herringbone gears), bộ truyền kiểu này hội đử các ưu điểm
của truyền động răng, thành phần lực dọc trục tự cân bằng và không tác động lên
gối ổ. Tuy nhiên thiết kế, chế tạo bánh răng chữ V khó, và chỉ đạt yêu cầu kinh tế
kỹ thuật khi gia công trên các máy chuyên dùng của các nhà máy hiện đại vì vậy
bánh răng chữ V rất đắt tiền, chỉ được sử dụng trong các thiết bị quan trọng.
Các hướng nghiên cứu, cải tiến nâng cao chất lượng, hiệu quả của truyền
động răng hiện nay khá đa dạng, biên dạng ăn khớp của nó được cải tiến, răng có
cặp biên dạng không đối xứng đã được ứng dụng trong thực tế kỹ thuật. Tuy
nhiên, cho đến nay đối với bánh răng trụ, chỉ có dạng đường răng thẳng và đường
răng nghiêng (đường xoắn vít trụ). Thanh răng sinh cơ sở của chúng có đường
răng là đường thẳng, hoặc nghiêng, hoặc chữ V. Giả thiết thanh răng sinh cơ sở
của bánh răng có đường răng thay cho chữ V là cung tròn dạng chữ C, bánh răng
trụ tương ứng của nó có đường răng dạng cung tròn. Đặc điểm của bánh răng loại
này có góc nghiêng thay đổi từ giữa đến hai mặt mút. Theo dự đoán của nhóm
nghiên cứu, loại bánh răng này có thể thay thế bánh răng chữ V trong các truyền
động bánh răng trụ.
Với ý tưởng tạo ra một loại bánh răng thay thế bánh răng chữ V có dạng
chữ C trong không gian. Nếu tạo hình được đường răng cong dạng này chính xác
thì răng sẽ có độ cong không đổi trên suốt chiều dài răng và khi đó đường răng
sinh (thanh răng cơ sở) là cung tròn.
Trong thực tế kỹ thuật, chưa có máy công cụ chuyên dùng để tạo hình
đường răng cong dạng cung tròn cho bánh răng trụ, và trong thực tế kỹ thuật
cũng chưa có bánh răng dạng này. Vì vậy việc nghiên cứu, phát triển mô hình
truyền động răng dạng này là đóng góp mới cho kỹ thuật cơ khí. Và với các công
cụ phần mềm CAD/CAM hiện đại cho phép thiết kế hình học các chi tiết có bề
mặt hình học phức tạp và tự động lập trình các chương trình số để điều khiển
máy công cụ CNC theo phương pháp điều khiển biên dạng là cơ sở tin cậy để chế
tạo thành công loại răng này.

3
Trên cơ sở phân tích trên, tác giả đã chọn đề tài: “THIẾT KẾ VÀ CHẾ
TẠO BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY CNC
4D”.
2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Tổng quan về thiết kế và chế tạo răng trụ, và định hướng về nghiên cứu
đường răng dạng chữ C trong không gian.
- Cơ bản về hình học bánh răng trụ răng cong.
- Thiết kế và mô phỏng bộ truyền trên máy tính.
- Tính toán thiết kế và chế tạo thử nghiệm bánh răng trụ răng cong.
- Nhận định kết quả và hướng phát triền.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
3.1. Ý nghĩa khoa học.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đóng góp mới về cơ sở lý thuyết về tính toán,
thiết kế hình học tạo hình bánh răng trụ răng cong; phương pháp thiết kế bánh
răng trụ răng cong trên máy tính; phương pháp chế tạo bánh răng trụ răng cong
trên máy công cụ CNC.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn.
Phát triển ứng dụng công nghệ CAD-CAM- CNC để điều khiển quá trình
tạo hình đường răng cong trên mặt trụ, trong chế tạo bánh răng trụ.
Chế tạo được bộ truyền bánh răng trụ có dạng đường răng cong, đóng góp
cho ngành kỹ thuật cơ khí trong thiết kế và chế tạo một loại bánh răng có tính
năng kỹ thuật và ứng dụng cao.
4. Phương pháp và phương pháp luận.
4.1. Phương pháp nghiên cứu.
Đề tài thuộc dạng nghiên cứu – triển khai, thực nghiệm.
Việc nghiên cứu:

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

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

6
a. b.
Hình 1.1: Bánh răng thẳng.
a. Bộ truyền b. Biên dạng răng và đường răng
Hiện nay bánh răng thẳng được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp chép
hình (định hình) và bao hình.
- Phương pháp chép hình là biên dạng răng được tạo ra nhờ chép đúng hình
dạng của lưỡi cắt. Với phương pháp gia công chép hình thì quá trình cắt không
liên tục, khi cắt thì cắt từng rãnh răng một, sau đó phân đô để cắt rãnh răng khác.
Phương pháp gia công chép hình có:
+ Phay chép hình: Phương pháp này được sử dụng nhiều trên máy phay vạn
năng có trang bị dụng cụ phân độ. Kiểu dao có thể là dao phay ngón hay dao phay
đĩa. Khi gia công, chi tiết đựơc gá vào ụ phân độ, dao đựợc gá sao cho đừơng
kính ngoài (dao phay đĩa mô đun) hoặc mặt đầu (dao phay ngón) trùng với đừơng
sinh cao nhất của chi tiết. Sau đó, điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có
chiều sâu theo yêu cầu. Gia công xong một răng thì dùng đầu phân độ để quay
chi tiết một góc 3600
/z (với z là số răng cần gia công) rồi tiếp tục gia công răng
tiếp theo, cứ thế cho đến hết.

7
Hình 1.2: Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng răng
a. Sử dụng dao phay đĩa b. Sử dụng dao phay ngón
+ Bào định hình: Bào răng định hình được thực hiện trên máy bào răng với
dao định hình cũng có prôfin giống prôfin rãnh răng hoặc dao thông thường với
dưỡng. Khi gia công các rãnh răng thì cũng dùng đầu phân độ theo từng răng.
+ Chuốt định hình: Gia công bánh răng bằng phương pháp chuốt định hình cho
năng suất và độ chính xác cao, thường dùng ở dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng
khối. Theo phương pháp này, dao chuốt có prôfin giống prôfin của rãnh răng. Có thể
chuốt một rãnh hoặc nhiều rãnh cùng một lúc. Sau mỗi hành trình của dao, một hoặc
một số rãnh răng được gia công, muốn gia công các rãnh khác thì chi tiết được quay
đi một góc nhờ cơ cấu phân độ. Trên hình 1.3 là sơ đồ chuốt răng, dụng
cụ cắt là một bộ dao định hình với từng nấc được lắp vào đầu chuốt. Lượng nâng
của mỗi lưỡi cắt phụ thuộc vào chiều dày lớp phoi được cắt Sz, loại vật liệu bánh
răng và tốc độ cắt v.
Hình 1.3: Sơ đồ chuốt răng

8
- Phương pháp bao hình: Đây là phương pháp sản xuất răng phổ biến hiện
nay, cho năng suất và độ chính xác cao. Với phương pháp bao hình thì biên dạng
răng được hình thành bởi một họ đường cong bao hình. Quá trình gia công là
nhắc lại ăn khớp của bộ truyền bánh răng thẳng. Khi đường bao là đường thân
khai người ta dùng một bánh răng thứ 2 gọi là bánh răng sinh. Khi đường bao là
đường thẳng, người ta dùng một thanh răng thẳng gọi là thanh răng sinh. Dụng cụ
cắt bánh răng thẳng là dao xọc răng hoặc dao trục vít (dao phay lăn răng) còn
thiết bị gia công là máy phay lăn răng hay máy xọc răng.
Hình 1.4: Sơ đồ xọc răng bao hình
Hình 1.5: Nguyễn lý bao hình biên dạng răng
Bánh răng trụ răng thẳng có ưu điểm là đường răng thẳng nên dễ chế tạo,
tính toán, dễ lắp láp, thiết bị và dụng cụ chế tạo đơn giản, rẻ tiền. Trong quá trình
làm việc không có lực dọc trục vì vậy giảm chi phí cho ổ nên được sử dụng rất
rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong đời sống. Nhưng chúng cũng có nhiều

9
nhược điểm như là hệ số trùng khớp thấp, khả năng tải không cao, độ ồn lớn vì
khi ăn khớp, chịu tải và thôi ăn khớp cùng một lúc nên gây ra tiếng ồn cũng như
khả năng chịu tải thấp. Muốn tăng hệ số trùng khớp thì phải tăng đường kính. Vì
thế, trong các truyền động có tốc độ cao thì người ta dùng bánh răng trụ răng
nghiêng.
1.2.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng
Bánh răng nghiêng ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của bánh răng
thẳng là hệ số trùng khớp lớn hơn cho nên khả năng tải lớn hơn so với bộ truyền
bánh răng thẳng cùng mô đun. Cũng nhờ hệ số trùng khớp lớn nên bánh răng
nghiêng truyền động êm hơn nên nó có thể làm việc ở tốc độ cao hơn nhiều so với
bánh răng thẳng. Phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền mở rộng hơn bánh răng thẳng.
Đường răng của bánh răng trụ răng nghiêng là đường xoắn vít trụ tròn, với
dạng đường này hệ số trùng khớp tăng, hệ số tải lớn. Góc nghiêng của răng ở các
bánh răng trong cùng một bộ truyền đều bằng nhau nhưng khác dấu.
a b
Hình 1.6: Bánh răng trụ răng nghiêng
a. Bộ truyền b. Biên dạng răng và đường răng
Trong bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng khi truyền động các đôi răng
không vào tiếp xúc nhau trên toàn bộ chiều dài răng mà vào khớp dần dần, đường
tiếp xúc lan dần trên chiều dài răng, đôi răng trước ra khớp bao nhiêu thì đôi răng
sau vào khơp bấy nhiêu vào khớp nên các răng chịu tải và thôi tải dần dần. Ngoài

10
ra, trong vùng ăn khớp bao giờ cũng có ít nhất hai đôi răng. Vì răng nghiêng ăn
khớp êm nên giảm tiếng ồn khi làm việc và tải trọng động giảm xuống. Do đó các
bộ truyền quay nhanh, người ta sử dụng bánh răng nghiêng.
Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học động lực học của
bánh răng nghiêng được mô tả trong [5]
Cũng như bánh răng thẳng, hiện nay bánh răng nghiêng được chế bằng hai
phương pháp chủ yếu là phương pháp chép hình và phương pháp bao hình.
- Khi chế tạo bằng phương pháp chép hình, việc gá dao và chi tiết cũng như
phân độ để cắt răng giống như với răng thẳng, chỉ khác một điều là phải quay bàn
máy đi một góc β phù hợp với góc nghiêng của răng. Để tạo được răng nghiêng
cần thực hiện đồng bộ chạy dao của bàn máy và chuyển động quay của đầu phân
độ. Khi quay bàn máy cần chú ý chiều nghiêng của răng trên chi tiết, đối với răng
nghiêng trái thì bàn máy quay theo chiều đồng hồ khi nhìn từ trên xuống (hình
1.7) và khi răng nghiêng phải thì quay bàn máy ngược chiều đồng hồ.
Hình 1.7: Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên máy phay vạn năng
Phương pháp chép hình đạt năng suất, độ chính xác thấp và rất khó khăn
trong việc điều chỉnh chính xác vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công.
Phương pháp này được dùng chủ yếu trong các nhà máy sản xuất nhỏ hoặc trong
cá nhà máy sửa chữa hoặc chế tạo các bánh răng có mô đun và đường kính lớn
mà các phương pháp gia công khác không thực hiện được.
Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp chép hình người ta chế tạo
bánh răng trụ răng nghiêng bằng phương pháp bao hình. Điển hình cho phương
pháp này là phay, xọc, mài. Ưu điểm của phương pháp này đường răng xoắn vít
trụ nên độ cong và độ xoắn không thay đổi. Và công nghệ chế tạo được hoàn
thiện với máy phay lăn răng cùng với công nghệ chế tạo dao phay răng răng.

11
a b
Hình 1.8: Phay bánh răng nghiêng bằng phương pháp bao hình
a. Phay lăn răng b. Xọc răng
Bên cạnh các ưu điểm của bánh răng nghiêng thì chúng cũng có nhược
điểm là xuất hiện lực dọc trục trong quá truyền chuyển động nên chi phí cho ổ đỡ
chặn là rất lớn. Đặc biệt là các bộ truyền có công suất lớn như các bộ truyền
trong các lĩnh vực xây dựng, giao thông, tàu thuyền, máy công nghiệp nặng, thì
chi phí về ổ là rất cao. Để khắc phục được hạn chế này người ta thay thế bánh
răng nghiêng thành bánh răng chữ V.
1.2.3 Bộ truyền bánh răng chữ V
Những nhược điểm của bánh răng nghiêng được khắc phục bởi bánh răng
chữ V. Đặc điểm của bánh răng chữ V là đường răng nghiêng tạo thành hình chữ
V để triệt tiêu thành phần lực dọc trục. Như vậy, bánh răng chữ V gồm 2 bánh răng
nghiêng có cùng góc nghiêng nhưng theo hai hướng khác nhau. Do đó tất cả các
công thức tính toán về hình học của bánh răng nghiêng đều phù hợp với bánh răng
chữ V và được mô tả trong [5].
Hình 1.9: Bánh răng chữ V

12
Khi chế tạo bánh răng chữ V, phương pháp phay chép hình cũng có thể gia
công được bánh răng chữ bằng dao phay ngón mô đun trên máy phay vạn năng
có cơ cấu phân độ và đảo chiều quay của bánh răng trong quá trình chạy dao dọc
(tương tự như răng nghiêng nhưng phải làm hai lần) hoặc gia công trên máy bán
tự động chuyên dùng hoặc máy CNC. Với phương pháp gia công này có năng
suất tháp và độ chính xác không cao.
Hình 1.10: Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp chép hình
Khi chế tạo bánh răng chữ V bằng bằng phương pháp bao hình sẽ cho năng
suất và độ chính xác cao. Việc gia công được thực hiện trên máy phay lăn răng,
dụng cụ được dùng là dao phay răng kiểu trục vít. Phương pháp này được thực
hiện khi bánh răng chữ V có rãnh thoát dao ở giữa.
Hình 1.11: Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp bao hình
Bánh răng chữ V có ưu điểm là khả năng tải lớn, truyền động êm và không
có lực dọc trục. Chính vì thế trong các truyền động có công suất lớn thì bánh răng
chữ V được sử dụng và gần như không thể thay thế chúng. Nhưng bên cạnh đó
nó cũng có một số nhược điểm như là chế tạo khó khăn, nhất là các bánh răng có

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

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

15
Hình 2.1: Mô hình xác định đường răng cong
Đường răng là giao tuyến của hai mặt trụ có trục đối xứng vuông góc với
nhau, một mặt trụ đi qua đường kính vòng chia chứa đường răng, một mặt trụ còn
lại có bán kính bằng bán kính cong của đường răng gọi là mặt trụ cơ sở tạo
đường răng
Phương trình mặt trụ chứa đường răng trong hệ tọa độ Oxyz:
x2 + z2 = r2
{ b b
− 2 ≤ y ≤ 2
Trong đó :
r là bán kính cong của mặt trụ.
b là chiều rộng của bánh răng.
Phương trình mặt trụ cơ sở trong hệ tọa độ O1xy1z1:
{x21 + y21 = R2
1
Trong đó : R là bán kính cong của mặt trụ sinh.
( 2.1)
( 2.2)

16
Thực hiện phép dời trục tọa độ độ O1xy1z1 về trục tọa độ gốc Oxyz (Theo hình vẽ mô hình tính toán thì x≤0), ta có:
x1 = x + R
{
y1 = y
(2.3)
z = z
1
≤ 0
Thay phương trình (2.3) vào phương trình (2.2) ta có phương trình mặt trụ
cơ sở trong hệ tọa độ Oxyz :
x2 + 2xR + y2 = 0
{ 1 (2.4 )
≤ 0
Hệ phương trình gồm các phương trình trong hệ (2.1) và (2.4):
x2 + z2 = r2 b b
{x2 + 2yR + y2 = 0
với −
≤ y ≤ và x≤ 0 (2.5)
2 2
Trong đó ∶ r là bán kính cong của mặt trụ.
b là chiều rộng của bánh răng.
R là bán kính cong của đường răng.
Như vậy hệ phương trình (2.5) là phương trình đường răng. Đây là cơ sở
quan trọng để số hóa quá trình gia công điều khiển theo biên dạng.
2.2.2 Biên dạng răng
Xây dựng mô hình xác định biên dạng của răng trên cơ sở thanh răng sinh tiêu
chuẩn. Thực hiện cắt mặt phẳng song song với mặt mút của đường răng sinh (hình
2.2). Chiếu các giao điểm ở vị trí đáy, vòng chia, và đỉnh răng tương ứng trên mặt
phẳng cắt. Nối các điểm này lại với nhau, được biên dạng thanh răng sinh là biên
dạng tiêu chuẩn. Như vậy biên dạng răng của bánh răng trụ răng cong là đường thân
khai. Vì bánh răng trụ răng cong ăn khơp với thanh răng sinh- có biên dạng thân
khai không thay đổi trên suốt chiều dài răng, nên biên dạng thân khai của bánh răng
trụ răng cong là như nhau dọc theo chiều dài đường răng cung tròn.

17
B
Hình 2.2: Biên dạng sinh của răng
Phương trình đường thân khai:
Y¸§
VßN
G
NHØ§
CHI
A
Để xậy dựng phương trình đường thân khai, dùng phương trình tham số
trong hệ tọa độ cực (hình 2.3).
Hình 2.3: Đường thân khai trong hệ tọa độ cực
Chọn hệ cực tọa độ tâm O, trục ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ .
Tạo độ điểm M thuộc đường thân khai vòng tròn (E):
M{
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ =
̂
=
̂
̂ ̂ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
Trong đó:=−= − Với = (⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ , )

18
Theo tính chất đường thân khai:
̂ ̂
= = ==−
Mặt khác: = −
cos
= −
Do đó phương trình thân khai là: { cos
= − = ( )
Với ( ) = − gọi là hàm thân khai ( involute function)
2.2.3 Các thông số hình học của bánh răng trụ răng cong.
Một số thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng cong hoàn toàn
giống với bánh răng trụ răng thẳng. Để thể hiện rõ các thông số này, tiến hành cắt
bánh răng bởi mặt phẳng đi qua trung điểm của đường răng và vuông góc với
trục bánh răng (hình 2.4), các thông số của bộ truyền được thể hiện như sau:
- Bước răng: t = π.m
- Môđun:=
- Chiều cao răng:
+ Chiều cao đầu răng h'
: Là khoảng cách giữa đường kính vòng chia và
đường kính đỉnh răng h'
= m
+ Chiều cao chân răng h''
: Là khoảng cách giữa đường kính vòng chia và
đường kính chân răng h''
= m + c h''
= 1,25m
Trong đó: c là khe hở chân răng c = 0.25m
+ Chiều cao răng h: h = h'
+ h''
= m + 1,25m h = 2,25m
+ Chiều cao làm việc là 2m còn 0,25m là khe hở chân răng

19
Hình 2.4 : Thông số hình học bánh răng trụ răng cong
-Số răng Z.
-Các đường kính :
+ Đường kính vòng chia (vòng lăn) d = m.z
+ Đường kính đỉnh răng de = d + 2h'
= m(z+2)
+ Đường kính chân răng di = d - 2h''
= m(z-2,5)
- Khoảng cách tâm 2 trục bánh răng: A
d1
 d 2

z1
 z2
2 2
Trong đó: d1 và z2 của bánh răng thứ nhất.
d2 và z2 của bánh răng thứ hai.
- Góc ăn khớp: Góc ăn khớp αtw tạo bởi đường ăn khớp N (cũng là đường tiếp tuyến chung tại điểm tiếp xúc W của 2 biên dạng) và tiếp tuyến chung T tại W của hai
đường lăn d1và d2. Ta có :
db1
db2
Cos αtw =
d1
=
d2

20
Hình 2.5: Góc ăn khớp
Với cặp biên dạng thân khai, tâm quay của 2 bánh răng là O1 , O2 cho trước và các bán kính d1, d2 của các vòng tròn cơ sở là không đổi nên đường ăn khớp P1 P2 là
cố định nên góc ăn khớp αtw (gọi tắt là góc α)
- Tỉ số truyền động: i
n1

d 2

z2 n
2
d
1
z
1
- Đường ăn khớp: Là quỹ tích các vị trí tiếp xúc giữa hai biên dạng răng
trong quá trình ăn khớp. Khi 2 bánh răng ăn khớp với nhau, điểm ăn khớp thay
đổi vị trí trong quá trình ăn khớp nhưng vẫn luôn luôn nằm trên pháp tuyến n-n
gọi là đường ăn khớp.
+ N1N2gọi là đoạn ăn khớp lý thuyết.
+ N1′N2′gọi là đoạn ăn khớp thực.

21
Hình 2.6: Đường ăn khớp và cung ăn khớp
- Cung ăn khớp: Các cung a1b1,a2b2 là cung trên vòng tròn ban đầu do các điểm a1, a2vẽ ra trong thời gian 1 đôi răng ăn khớp gọi
là cung ăn khớp: a1b1 = a2b2. Đối với bánh răng trụ răng cong, khi hoạt động các cặp răng không ăn khớp cùng một lúc mà ăn khớp chéo đối
xứng.
- Góc nghiêng đường răng: Bánh răng trụ răng cong có đường răng là một cung
tròn liên tục. Đường răng dạng cung tròn được cải tiến trên cơ sở đường răng thẳng
của bánh răng chữ V. Như vậy góc nghiêng đường răng sẽ thay đổi từ βmax đến β=0. βmaxtại mặt mút và β=0 tại điểm giữa của đường răng.
 

max
b
Hình 2.7: Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong

22
2.3 Kết luận
Bánh răng trụ răng cong có đặc trưng về đường răng cong dạng cung tròn,
ăn khớp với thanh răng sinh có đường răng là cung tròn; về tính toán thiết kế,
tương tự như bánh răng trụ và có thể thiết kế trên máy tính; Đặc điểm nổi bật của
bánh răng trụ đường răng dạng cung tròn là góc nghiêng β tăng dần từ 0 ở giữa
bánh răng đến hai mặt đầu của bánh răng; Về tạo hình bánh răng trụ răng cong
dạng này có thể nhắc lại sự ăn khớp với thanh răng sinh, răng cung tròn như
nguyên lý tạo hình bằng bao hình. Tuy nhiên cũng có thể gia công trên máy CNC
theo công nghệ CAD/CAM-CNC.

23
Chương 3
THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG
TRÊN MÁY TÍNH
3.1 Công cụ phần mềm.
Yêu cầu của phần mềm phải mạnh về khả năng thiết kế và mô phỏng, giao
diện người dùng phải thân thiện, trực quan và tương thích cao với phần cứng thiết
bị gia công.
Autodesk Inventor là phần mềm thiết kế mô phỏng rất phổ biến trong ngành
cơ khí và có nhiều tính năng nổi bật. Mô hình 3D thiết kế trên Autodesk Inventor
là một mô hình số 3D chính xác, cho phép người dùng kiểm soát hình dạng,
thuộc tính, và các chức năng của môt thiết kế, giới hạn bớt nhu cầu đối với các
mô hình vật lý, cũng như giảm bớt chi phí thay đổi thiết kế như trong thiết kế
truyền thống khi đưa ra sản xuất.
Phần mềm Inventor cũng cung cấp đầy đủ các công cụ cho phép tạo ra các
bản vẽ thiết kế, cũng như chế tạo chính xác một cách trực tiếp từ mô hình 3D, và
giúp cho những người dùng AutoCAD cảm nhận được những lợi ích của công
nghệ mô hình số hoá bằng cách tận dụng đầy đủ các tiện ích của dữ liệu thiết kế
dưới dạng DWG, cũng như sản phẩm khác của AutoCAD.
Qua phân tích trên, tác giả chọn phần mềm Inventor là công cụ thiết kế và
mô phỏng truyền động của bộ truyền bánh răng trụ răng cong.
3.2 Thông số thiết kế của bộ truyền.
Thiết kế bộ truyền với các thông số ban đầu cho trước như sau:
Mô đun m = 2.5
Số răng Z = 11 răng
Bán kính cong của răng R = 80 mm
Chiều rộng của bánh răng BTK = 40 mm
Đường kinh đỉnh Dđỉnh = 32.5mm
Đường kính vòng chia Dđáy = 27.5mm
Đường kính chân Dchân=21.25mm

24
3.3 Thiết kế bộ truyền động bánh răng trụ răng cong
Quá trình tạo ra các răng dựa trên nguyên lý gia công chép hình bánh răng trụ
răng cong, tức là cắt nội suy cung lồi và cung lõm của cùng một rãnh răng bằng
dụng cụ cắt có biên dạng là rãnh răng. Như vậy để thiết kế bánh răng trụ răng cong
thì cần phải thiết kế: Phôi, dao phay ngón mô đun (biên dạng răng) và đường răng.
3.3.1 Thiết kế phôi
Theo thông số ban đầu của của bộ truyền, kích thước của phôi là đường
kính 32.5 mm, chiều dài L=50mm.
Mở file môi trường thiết kế Standard (mm).ipt, chọn mặt phẳng XY làm
mặt phác thảo (Sket 2D), tạo đường tròn có đường kính là 32.5mm. Sử dụng ràng
buộc điểm để cố định tâm đường tròn tại góc tọa độ.
Hình 3.1: Đường tròn cơ sở
Kết thúc môi trường phác thảo phần mềm chuyển sang môi trường Model.
Trong môi trường này sử dụng công cụ Extrude tạo khối trụ với đường tròn cơ
sở, chiều rộng bằng 40mm. Chọn hướng Symmetric để khối trụ đối xứng qua mặt
phẳng phác thảo XY. Như vậy, việc thiết kế khối trụ đã hoàn thành.

25
Hình 3.2: Thông số mặt trụ thiết kế
3.3.2 Thiết kế biên dạng răng.
Theo mục 2.2.2, biên dạng của bánh răng trụ răng cong là biên đường cong
thân khai. Đường cong thân khai có thể lấy trong thư viện của phân mềm với việc
thiết kế một bộ bánh răng trụ răng thẳng có các thông số về mô đun, số răng như
bộ truyền bánh răng trụ răng cong cần thiết kế.
Mở file môi trường lắp ráp Standard (mm).aim, chọn mặt phẳng XY làm
mặt hiển thị. Trong môi trường thiết kế này ta sử dụng công cụ thiết kế bánh răng
thẳng Design / Supe Grea. Hộp thoại Spur Gears Component Generator hiện thị,
nhập các thông số về bộ truyền cần thiết kế như:
- Mô đun (Module) m=2.5
- Khoảng cách trục (Center Distance) A = 27.5mm
- Tỉ số truyền (Desired Gear Ratio) i=1
- Số răng (Number Of Teeth) z=11.

26
a b Hình 3.3: Các thông số của bộ truyền bánh
răng thẳng a. Thiết lập thông số b. Hiển thị bộ truyền
Từ bộ truyên bánh răng thẳng vừa thiết kế xong. Tiến hành tách biên dạng
thân khai từ bộ truyền đó. Thực hiện như sau:
- Chọn mặt đầu bánh răng làm mặt phẳng phác họa (sketch).
- Sử dụng công cụ Project Geometry để lấy giao tuyến của bánh răng với mặt
phẳng phác họa vừa tạo. Các giao tuyến này chính là biên dạng thân khai cần
thiết kế.
- Chọn biên dạng thân khai nằm đối xứng với trục Oy, sao chép nó và chuyển
sang file thiết kế phôi ở mực 3.3.1.
a b
Hình 3.4 : Tách biên dạng răng.
a. Công cụ tách biên dạng b. Biên dạng thân khai được tách

27
Để biên dạng thân khai nằm trên mặt phẳng đối xứng và vuông góc với trục
của phôi thì mặt phác thảo được chọn là mặt XY. Khi chuyển biên dạng thân khai
từ phải lắp ráp sang file thiết kế phôi, có thể biên dạng thân khai không nằm đối
xứng với trục Oy. Với trường hợp này ta phải dùng ràng buộc đối xứng đưa
chúng về đối xứng với trục Oy.
Hình 3.5: Vị trí biên dạng thân khai trong file thiết kế phôi
Biên dạng thân khai này được dùng để cắt khối trụ, nên nó có thể được xem
như là dao phay ngón mô đun. Như vậy, chiều cao phần lưỡi cắt của dao phải lớn
hơn chiều cao của răng. Để thực hiện được điều này, dùng công cụ Exten kéo dài
biên dạng thân khai với giới hạn là đường tròn có đường kính 35mm.
Hình 3.6: Biên dạng răng được kéo dài

28
3.3.3 Thiết kế đường răng
Đường răng của bánh răng trụ răng cong là cung tròn có bán kính R=80mm
và nằm trên mặt trụ chứa đường kính vòng lăn của bánh răng .
Thiết kế khối trụ chứa đường kính vòng lăn:
- Khối trụ này được thiết kế trong file phôi, để thuận tiện trong việc thiết kế
thì ta ẩn phôi đã thiết kế trước đó với công cụ Visibility.
- Chọn mặt phẳng phác thảo Oxy, sử dụng công cụ vẽ đường tròn tâm O
đường kính 27.5mm.
- Kết thúc môi trường phác thảo, chọn công cụ Extrude hướng Symmetric
chiều cao 50mm để hoàn thành khối trụ.
Hình 3.7: Khối trụ đi qua đường kính vòng lăn
Thiết kế đường răng:
- Tạo một phẳng phẳng tiếp tuyến với khối trụ, với điều kiện là giao tuyến
của mặt trụ và mặt phẳng phải chứa giao điểm của đường thân khai với mặt trụ.
- Chọn mặt phác thảo là mặt phẳng tiếp tuyến vừa mới tạo, trên mặt phẳng
này vẽ một cung tròn có bán kính R= 80.

29
Hình 3.8: Cung tròn trên mặt phẳng tiếp tuyến.
- Chiếu cung tròn này lên mặt trụ với phép chiếu vuông góc với mặt phẳng
tiếp tuyến. Sử dụng công cụ Sketch 3d với các ràng buộc là cung tròn để thực
hiện phép chiếu. Hình chiếu thu được này là đường răng cần thiết kế.
Hình 3.9: Đường răng của bánh răng trụ răng cong
- Các bước tương tự thiết kế thêm một đường răng đi qua giao điểm còn lại
của đường thân khai với khối trụ. Hai đường răng này chính hai đường chạy dao
khi gia công bánh răng.

30
Hình 3.10: Hai đường cong răng trong một rãnh răng
3.3.4 Thiết kế bánh răng trụ răng cong.
Theo phương pháp gia công chép hình biên dạng răng. Để tạo được một
đường răng hoàn chỉnh phải cắt chép hình từng cung của rãnh răng. Công cụ thực
hiện là phôi, dao phay chép hình ( biên dạng răng) và lệnh Sweep. Trong môi
trường thiết kế, sử dụng lệnh Sweep 2 lần với các lựa chọn:
+ Đối tượng cắt: Phôi.
+ Biên dạng cắt: Biên dạng thân khai.
+ Đường dẫn: đường răng.
a b
Hình 3.11 : Thiết kế rãnh răng
a. Tạo cung lồi b.Tạo cung lõm
Khi cắt khối trụ treo hai đường dẫn là cung tròn nằm trên mặt trụ nên ở phần
đáy của rãnh răng còn một phần lượng dư không cắt hết. Để xử lý phần lượng dư

31
này phải tiếp tục cắt thêm một lần nữa bằng công cụ Sweep. Kết quả qua hai lần
Sweep sẽ được một rãnh răng như hình 3.12 .
Hình 3.12: Hình dáng rãnh răng
Tạo các rãnh răng còn lại bằng cách sử dụng lệnh sao chép sao chép quanh
tâm với tâm các thông số:
+ Đối tượng sao chép là rãnh răng.
+Tâm quay là trục đối xứng.
+ Số đối tượng sao chép bằng với số răng là11.
Kết quả thu được là một bánh răng trụ răng cong.

32
a b Hình 3.13 : Thông số lệnh sao chép theo
dãy a.Thông số lệnh sao chép b.Kết quả lệnh sao
chép
Sau khi thiết kế xong phần răng, sử dụng lệnh Circle và Extrude để thiết kế
các cổ trục cho bánh răng. Sau khi thiết kế xong bánh răng hoàn thiện, sử dụng
công cụ copy để sao chéo thêm một bánh răng tương tự để có được bộ truyền có
tỉ số truyền 1:1. Việc mô phỏng chuyển động của cặp bánh răng này sẽ được thực
hiện ở phần tiếp theo.
Hình 3.14: Cặp bánh răng trụ răng cong
3.4 Mô phỏng quá trình làm việc
3.4.1 Thiết kế mô hình mô phỏng
Để bộ truyền làm việc được phải có hệ thống gối đỡ. Yêu cầu gối đỡ phải
phù hợp với kích thước bộ truyền và hạn chế che khuất tầm nhìn khi bánh răng

33
hoạt động. Dựa vào các thông số cho trước của bộ truyền, tác giả thiết kế hệ
thống gối đỡ như hình 3.15 .
Hình 3.15: Gối đỡ
Lắp ghép bộ truyền vào gối đỡ, chọn mặt định vị là mặt trụ của cổ trục và ổ.
Chọn một trong hai bánh răng làm bánh chủ động để xác lập ràng buộc kiểu
truyền động.
Hình 3.16: Ràng buộc các thông số lắp ghép
Chọn các cặp đối tiếp làm việc với nhau là các mặt cong thân khai của bánh
răng, chọn kiểu tiếp xúc động học. Các mặt định vị khi lắp ghép các bánh răng
với gối đỡ là cổ trục và mặt phẳng trong của gối đỡ. Các ràng buộc động học là:
tâm của trục bánh răng với tâm của gối đỡ, cổ trục với phẳng trong của gối đỡ,
góc giữa mặt phẳng đi qua trục bánh răng ( không vuông góc với mặt đáy của hệ
thống gối) và mặt phẳng đáy của hệ thống gối đỡ.

34
Hình 3.17: Các cặp bề mặt đối tiếp
Như vậy mô hình một cặp bánh răng trụ răng cong ăn khớp đã thiết kế hoàn
thành. Sẽ tiến hành để mô phỏng hoạt động của chúng ở phần sau.
3.4.2 Mô phỏng quá trình làm việc của bộ truyền bánh răng trụ răng cong
Thiết lập các thông số chuyển động như nguyền truyền động, tốc độ, thời
gian và tiến hành cho chạy thử. Sau đó chọn ra các thông số tối ưu để quá trình
làm việc ăn khớp được tường minh nhất.
a. b.
Hình 3.18: Thông số chạy mô phỏng
a. Thông số động học b. Thông số Camera
Sử dụng công cụ camera trong phần mềm để thiết lập các góc máy quay khi
cặp bánh răng hoạt động. Các lựa chọn góc máy là quay từ xa tới gần sau đó thay
đổi các hướng nhìn xung quanh, trên xuống và dưới lên.

35
Hinh 3.19: Góc quay camera thứ nhất
Hinh 3.20: Góc quay camera thứ hai
Hinh 3.21: Góc quay camera thứ ba
Sau khi thiết lập xong các góc máy quay camera, cho bộ truyền hoạt động
và xuất file video theo định dạng là .avi. Sau đây là một số hình ảnh trong quá
trình mô phỏng truyền động.

36
Hình 3.22: Bánh răng chủ động quay thuận chiều kim đồng hồ
Hình 3.23: Bánh răng chủ động đảo chiều truyền động
3.5 Kết luận
Với cơ sở tính toán hình học về bánh răng trụ răng cong, nguyên lý ăn khớp
răng và công cụ phần mềm thiết kế trên máy tính. Đã thiết kế và mô phỏng thành
công truyền động của bộ truyền bánh răng trụ răng cong; Kết quả này khẳng định
tính hiện thực trong thiết kế chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong. Trong
phạm vi nghiên cứu của đề tài, bộ truyền sẽ được chể tạo thử theo công nghệ
CAD/CAM-CNC để tạo hình đường răng cong theo phương pháp chép hình biên
dạng răng trên máy công cụ CNC 4D.

37
Chương 4
THỬ NGHIỆM CHẾ TẠO BỘ TRUYỂN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG
Tiến hành thử nghiệm chế tạo một cặp thanh răng cơ sở và một cặp bánh
răng trụ răng nghiêng.
4.1 Chế tạo thanh răng cơ sở
4.1.1 Thông số hình học thanh răng cơ sở
Các thông số cho trước:
Mô đun : m = 1.5
Số răng : Z = 22 răng
Chiều rộng thanh răng: B = 36 mm
Góc nghiêng
Tính bán kính cong R:
 

max
B/2 B/2
R
Hình 4.1: Bán kính cong của thanh răng cơ sở
Từ hình vẽ ta có :
sinβmax =
B
R =
B
=
36
= 80
2R 2sinβmax 2sin13
0
Vậy ta có bán kính cung là R = 80mm.
Bản vẽ thanh răng sinh:
= 130

38
A A
200
7.845
40°
5.625
A - A
TL4:1
Hình 4.2: Bản vẽ thanh răng sinh
4.1.2 Công cụ phần mềm
Hiện nay có rất nhiều phần mềm thiết kế và mô phỏng như: Mastercam,
Solid Works, Caelumll, VectorMaster, Pro E, Catia. Trong đó, Mastercam là một
trong những phần mềm CAD/CAM nổi tiếng trên thế giới và được sử dụng nhiều,
trong đó có Việt Nam. Mastercam là phần mềm do hãng CNC Software của Mỹ
sản xuất, ứng dụng trong các ngành công nghiệp cơ khí, chạm khắc nghệ thuật,
sản xuất hàng tiêu dung. Với nhiều tính năng nổi bật, giao diện đẹp mắt, thân
thiện với các công cụ hỗ trợ thiết kế, gia công sắp xếp tối ưu hóa.
Tại khoa Cơ khí trường CĐN kỹ thuật công nghiệp Việt Nam – Hàn Quốc
Mastercam là một môn học chính khóa nên được ứng dụng rất phổ biến trong
việc thiết kế và gia công các chi tiết trên máy công cụ CNC.
Từ phân tích trên tác giả đã chọn phần mềm Mastercam X5 để thiết kế và
biên dịch chương trình gia công.
4.1.3 Thiết kế đường chạy dao
Đường chạy dao là các cung tròn bán kính R= 80mm. Khoảng cách các cung tròn
này bằng bước răng p= 7.845mm. Khi gia công, quá trình vào dao và thoát dao có thể
cắt lẹm đến thanh răng, để khắc phục hiện tượng này ta nên thiết kế đường chạy dao lớn
hơn chiều rộng của thanh. Vậy nên trong thiết kế chọn chiều rộng BTK =40 mm.

39
Bảng thông số thiết kế:
Mô đun m = 2.5
Bước răng p = 7.845 mm
Các bước thiết kế:
- Khởi động phần mềm MastercamX5 với đơn vị được chọn là hệ mét.
- Vẽ biên dạng chạy dao là cung tròn có bán kính R=80mm,
- Sử dụng lệnh array sao chép cung tròn thành 11 đường chạy dao,
khoảng cách giữa các đường chạy dạo bằng bước răng p= 7.845 mm
Hình 4.3: Biên dạng chạy dao
-Thiết lập thông số hình học của phôi với lựa chọn là Bounding Box. Lựa chọn
hướng của phôi theo các trục X, Y và Z phù hợp với trung tâm CNC và
đồ gá công nghệ.

40
Hình 4.4: Các đường răng
4.1.4 Biên dịch chương trình gia công
Phần mềm Mastercam hỗ trợ nhiều dòng máy của các hãng sản xuất máy
máy CNC và các hệ điều hành nó. Để chương trình gia công tương thích với phần
cứng thì phải chọn được máy gia công phù hợp. Tác giả chọn máy gia công Mill3
– Axis VMC.MMD được hỗ trợ trong phần mềm.
Hình 4.5: Các dòng máy gia công trong phần mềm
Sau khi chọn máy gia công thì phải tiến hành cài đặt các thông số:
- Gốc phôi nằm trên mặt đỉnh răng, là giao điểm của mặt đầu phôi và mặt
phẳng đối xứng của đường răng.
- Dụng cụ cắt dao Tape mill có góc ở đỉnh bằng 150
- Chế độ cắt.
- Bù biên dạng dao, tưới nguội…

41
Hình 4.6: Xác lập thông số gia công
Kiểu chạy dao phải là kiểu Contour để nội suy từng mặt bên của thanh răng
sinh. Để chương tình nhỏ gọn và thuận lợi trong việc điều chỉnh các thông số gia
công, chọn gia công hoàn thành hết các cung lồi hoặc lõm rồi đến gia công các
cung còn lại.
a b
Hình 4.7: Đường chạy dao
a. Đường chạy dao cung lõm b. Đường chạy dao cung lồi
Khi cài đặt các thông số, các đường chạy dao sẽ hiển thị theo chế độ mặc
định. Mở tab Lead In/Out để điều chỉnh chế độ vào dao và thoát dao (hình 4.8).

42
Hình 4.8: Thông số quá trình vào dao và thoát dao
Hình 4.9: Sơ đồ đường chạy dao khi gia công
Mô phỏng quá trình chạy dạo bằng công cụ Verify Selected Operations,
điều chỉnh tốc độ mô phỏng thích hợp để dễ dàng quan sát và điều chỉnh các
thông số cho phù hợp.
Hình 4.10: Mô phỏng quá trình gia công

43
File G code :
% ( Mở đầu chương trình gia công )
%
O0000(THANH RANG CONG)
(DATE=DD-MM-YY - 15-01-16 TIME=HH:MM - 10:36)
(T1||H1)
N100 G21
N102 G0G17G40G49G80G90
N104 T1M6
N106 G0G90G54X27.936Y27.076S1500M3
N108 G43 H1 Z25.
(Nội suy cung lõm thứ nhất)
N110 Z3.
N112 G1Z-1.7F5.
N114 X25.086Y28.013
…
N132 G1X-27.936Y27.076
N134 G0Z21.6
N136 Z25.
N138 X27.936Y31.788
…
( Nội suy cung lồi thứ nhất )
N1004 G0Z25.
N1006 X27.764Y26.553

44
N1008 Z3.
N1010 G1Z-1.7
N1012 X24.914Y27.491
N1014 G3X-24.914R79.725
…
N1030 G1X-27.764Y26.553
N1032 G0Z21.6
N1034 Z25.
N1036 X27.764Y31.266
…
(Kết thúc chương trình)
N1902 G0Z25.
N1904 M5
N1906 G91G28Z0.
N1908 G28X0.Y0.
N1910 M30
%
4.1.5 Phôi gia công
Vật liệu chế tạo là thép C45

45
Rz 40
4
0
±
0
.
0
5
200±0.1
0.05 B
4
0
±
0
.
0
5
B
THIÕT KÕ L£ TIÕN THANH 16.5.15
PH¤ I THANH R¡ NG SINH
TR¦ ê NG § H KTCN
TL : 1:1
C45
TH¸ I NGUY£N
Hình 4.11: Bản vẽ phôi gia công thanh răng cơ sở
4.1.6 Máy gia công
Tiến hành gia công trên trung tâm CNC-VF2 của trường CĐN kỹ thuật
công nghiệp Việt Nam – Hàn Quốc:
Hình 4.12: Trung tâm CNC - VF2

46
Bảng thông số kỹ thuật Trung tâm CNC- VF2
HÀNH TRÌNH S.A.E. Metric
Truc ̣X 20 " 762 mm
Truc ̣Y 16 " 406 mm
Truc ̣Z 20 " 508 mm
BÀN MÁY S.A.E. Metric
Chiều dai 36 " 914 mm
̀
Chiều rông̣ 14 " 356 mm
Tai trong̣lơn nhất trên ban may 3000 lb 1361 kg
̉ ́ ̀́
TRUC̣ CHÍNH S.A.E. Metric
Công suất Max 20 hp 14.9 kW
Tốc đô ̣Max 8100 rpm 8100 rpm
Moment xoắn Max
75 ft-lb @ 102 Nm @ 1400
1400 rpm rpm
BƯỚC TIẾN & TỐC ĐỘ CẮT S.A.E. Metric
Tốc độ Rapid trên truc ̣X 1000 in/min 25.4 m/min
Tốc độ Rapid trên truc ̣Y 1000 in/min 25.4 m/min
Tốc độ Rapid trên truc ̣Z 1000 in/min 25.4 m/min
Tốc độ cắt Max 650 in/min 16.5 m/min
ĐỘ CHÍNH XÁC S.A.E. Metric
Độ chính xác vị trí (±) 0.0002 " 0.005 mm
Độ chính xác lặp lại (±) 0.0001 " 0.03

47
4.1.7 Gia công thanh răng cong
Thực hiện các bước sau để gia công thanh răng:
- Sao chép chương trình dưới dạng file G code ( đuôi file là .CN) vào máy
- Mô phỏng chương trình trên máy.
- Gá phôi, cài đặt thông số gốc phôi phù hợp với chương trình.
- Định điểm, so dao nhập các thông số cài đặt vào máy.
- Kiểm tra quá trình chạy dao không cắt gọt trong chế độ Dry Run.
Hình 4.13: Cài đặt thông số trên máy
Trong quá trình gia công phải thực hiện giảm sát các thông số về chế độ
cắt, lực cắt, công suất cắt được hiển thị trên màn hình. Phải thay đổi bằng tay các
chế độ nếu máy báo không phù hợp.

48
Hình 3.14: Tổng thể quá trình gia công
Sản phẩm thanh răng sinh sau khi gia công.
Hình 4.15: Thanh răng sinh
4.2 Chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong.
4.2.1 Các thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng cong
Các thông số cho trước:
Mô đun: m = 2.5
Số răng: Z = 11 răng
Chiều rộng bánh răng: B = 36 mm
Đường kính đỉnh: Dđỉnh = 32.5mm
Đường kính vòng chia : Dđáy = 27.5mm
Đường kính chân : Dchân=21.25mm

49
Góc nghiêng βmax
Tính toán bán kính cong R:
 

max
B/2 B/2
R
Hình 4.16: Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong
Từ hình vẽ ta có : sinβmax =
B
R =
B
=
36
= 80
2R 2sinβmax 2sin13
0
Vậy ta có bán kính cung là R = 80
Khi thiết kế để gia công ta nên cho đường chạy dao lớn hơn chiều rộng của bánh răng thì khi gia công dao sẽ bắt đầu
ăn vào, thoát dao sẽ dễ dàng và tránh hiện trượng cắt lẹm, cắt chưa hết biên dang. Chọn chiều rộng BTK =40 mm.
Bảng thông số bộ truyền bánh răng trụ răng cong cần gia công :
Mô đun m = 2.5
Đường kinh đỉnh Dđỉnh = 32.5mm
Đường kính vòng chia Dđáy = 27.5mm
= 130

50
4.2.2 Công cụ phần mềm
Với những ưu điểm nổi bật của phẩn mềm Mastercam (đã phân tích 4.1.2)
tác giả tiếp tục chọn Mastercam để thiết kế và biện dịch chương trình gia công
bánh răng trụ răng cong.
4.2.3 Thiết kế đường răng
Đường rằng là đường cong đối xứng nằm trên mặt trụ, bán kính cong là R=
80mm. Cách thực hiện:
- Tạo một khối trụ có đường kính D=27.5mm, chiều dài L=50mm.
- Tạo một mặt phẳng tiếp tiếp với khối trụ vừa tạo.
- Trên mặt phẳng này thiết kế một cung tròn có bán kính R=80mm,
chiều dài dây cung là 40mm.
Hình 4.17: Vị trí cung tròn đường răng
- Sử dung công cụ Xfrom Roll trong Mastercam , chiếu cung tròn này lên
mặt trụ. Hình chiếu này chính là đường răng .

51
Hình 4.18: Đường răng
- Để xác định góc giữa hai đường răng trong một rãnh răng, sử dụng phần
mềm CAD hoặc Inventor đo góc độ trên mặt cắt đi qua trung điểm của đường
răng và vuông góc với trụ bánh răng. Kết quả thể hiện như hình 4.19.
15.991°
Hình 4.19: Góc giữa hai đường răng
- Sau khi đã xác định được góc độ, sử dụng lệnh sao chép quanh tâm, với
các lựa chọn:
+ Đối tượng cần sao chép là đường răng vừa tạo.
+ Góc quay là 15.9910
.

52
+ Trục quay là đường tâm đối xứng.
Kết quả cho ra được đường răng thứ 2 trong cùng một rãnh răng.
Hình 4.20: Thông số lệnh sao chép đường răng
-Các đường răng còn lại sẽ sao chép từ cặp đường răng này. Sử dụng lệnh
array sao chép quanh trục đối xứng, kết quả cho như hình 4.21.
Hình 4.21 : Các đường chân răng

53
4.2.4 Biên dịch chương trình gia công.
Một trong những ưu điểm của phần mềm Mastercam là khi gia công 4D, ta
toàn có thể gia công mô phỏng dạng 3D trên mặt phẳng sau đó thêm một trục
quay thứ 4. Cách thực hiện:
- Trải các đường chạy dao trên mặt phẳng cơ bản với lệnh Xform Roll.
- Chọn các đường chạy dao, hướng mũi tên hiển thị theo chiều âm của trục y.
- Chọn các thông số về mặt phẳng trải các đường răng trên mặt phẳng như
hình 4.22.
Hình 4.22: Thông số cài đặt của lệnh Xform Roll
- Kết quả là các đường chạy dao được trải trên mặt phẳng cơ bản song
song và cách trục bánh răng một khoảng 100mm.
Hình 4.23: Đường chân răng trải ra trên mặt phẳng
Khi các biên dạng chạy dao đã trải ra trên mặt phẳng cơ bản được chọn thì
việc chọn các thông số gia công giống như gia công trên máy 3D. Thêm một trục

54
quay B đề thành 4D từ lựa chọn Rotary Axit Contour trong hộp thoại Contour.
Từ công cụ này, chọn đường kính quay 100mm, trục quay là trục khối trụ chứa
đường chạy dao.
Hình 4.24: Cài đặt trục thứ 4
Cài đặt các thông số về chế độ cắt, quá trình vào dao, thoát dao và khoảng
an toàn khi rút dao.
Hình 4.25: Thông số quá trình vào dao và thoát dao
Mô phỏng quá trình chày dạo bằng công cụ Verify Selected Opearations,
điều chỉnh tốc độ mô phỏng thích hợp để dễ dàng quan sát và điều chỉnh các
thông số cho phù hợp. Cho chạy mô phỏng bằng độ họa ở các tốc độ mô phỏng
khác nhau để quan sát và điều chỉnh quá trình chạy dao.

55
Hình 4.26: Mô phỏng quá trình gia công
Như sau khi mô phỏng và điều chỉnh các thông số chế độ cặt phù hợp sẽ
xuất chương trình gia công dưới dạng File G code.
File G code:
% (Bắt đầu chương trình)
%
0001 ( PROGRAM - DE TAI Z11 )
N100 ( DATE - 11-03-16 TIME - 16:18 )
N102 G21
N104 G0G17G40G80G90G94G98
N106 G0G28G91Z0.
N108 G0G28X0.Y0.
N110 ( TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 1.1 )
N112 T1M6
N114 G0G54G90X0.Y9.559C90.B-32.213S2000M3
N116 G43 H1 Z42.5
( nội suy cung lõm thứ nhất)
N118 Z10.625
N120 G1Y9.58B-32.242F40.
N122 Y10.115B-32.966
…

56
N266 Y50.42B-32.242
N268 Y50.441B-32.213
N270 G0Z35.625
N272 Z42.5
N274 Y9.559B-64.94
…
(Nội suy cung lồi thứ nhất)
N1854 Y9.559B-400.847
N1856 Z10.625
N1858 G1Y9.58B-400.876
N1860 Y10.115B-401.599
…
N2006 Y50.441B-400.847
N2008 G0Z35.625
N2010 Z42.5
N2012 Y9.559B-433.574
…
(Kết thúc chương trình )
N3590 G0Z42.5
N3592 M5
N3594 G0G28G91Z0.
N3596 G0G28X0.Y0.
N3598 G28C0.B0.
N3600 M30
%
4.2.5 Máy gia công
Sử dụng trung tâm CNC VF2 – TR160 của trường CĐN kỹ thuật công
nghiệp Việt Nam – Hàn Quốc để thực hiện gia công.

57
Hình 3.27: Trung tâm CNC5D VF2 – TR160
Bảng thông số kỹ thuật của trục TR160
SPINDLE – A S.A.E. METRIC
(TILT)
Max Speed 0.001 to 80 °/sec 0.001 to 80 °/sec
Max Torque 150 ft-lb 203 Nm
Backlash 30 arc-sec 30 arc-sec
Gear Ratio 63:1 63:1
Timing 2:1 2:1
Brake Torque @ 200 ft-lb 271 Nm
100 psi/6.9 bar
Max Speed 0.001 to 80 °/sec 0.001 to 80 °/sec
Max Torque 100 ft-lb 136 Nm
Runout Max 0.0005 " 0.013 mm
Backlash 30 arc-sec 30 arc-sec
Pilot Bore Dia. 1.500 (+0.0005, - 38.10 (+0.013, -0) mm
(through) 0) "
Gear Ratio 63:1 63:1
Timing 2:1 2:1

58
INDEXING – A S.A.E. METRIC
(TILT)
Max Rotation/Step 120 ° 120 °
Resolution 0.001 ° 0.001 °
Accuracy (±) 15 arc-sec 15 arc-sec
Repeatability 10 arc-sec 10 arc-sec
INDEXING – B S.A.E. METRIC
(ROTARY)
Max Rotation/Step 999.999 ° 999.999 °
Resolution 0.001 ° 0.001 °
Accuracy (±) 15 arc-sec 15 arc-sec
Repeatability 10 arc-sec 10 arc-sec
4.2.6 Phôi gia công
Thử nghiệm gia công bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên trên vật liệu
nhôm A6061 .
Bản vẽ phôi:
Ø20
±0.1
+0
-
0
.
0
5
Ø
3
2.
5
5±0.1 40±0.05
90±0.1
0.05
Ø20
-+0
15±0.05
Hình 4.28: Bản vẽ phôi gia công bánh răng trụ răng cong

59
4.2.7 Dụng cụ cắt
Dụng cụ cắt là dao phay ngón modul m=2.5, số rắng gia công Z=11 , Vật
liệu thép HSS.
Hình 4.29: Dao phay ngón mô đun 2.5
4.2.8 Gia công bánh răng trụ răng cong
Thực hiện quá trình gia công như sau:
- Sao chép chương trình vào máy, mô phỏng quá chương trình gia công trên
máy và điều chỉnh các thông số phù hợp.
- Gá phôi trên mâm quay của máy và kiểm tra độ đồng tâm và hành trình chạy
dao .
- Cài đặt gốc phôi, so dao và nhập các thông số của quá trình cài đặt vào máy.
Hình 4.30: Quá trình gá phôi

60
- Kiểm tra quá trình vào dao, ra dao, hành trình của dao.
- Kiểm tra quá trình chạy dao ở chế độ không cắt gọt Dry Run.
Hình 4.31: Tổng thể quá trình cắt gọt
- Giám sát thông số quá trình cắt gọt qua màn hình hiển thị để chiều
chỉnh chế độ cắt hợp lý chọn quá trình gia công.
Hình 4.32: Màn hình hiện thị các thông số quá trình gia công

61
Hình 4.33: Sản phẩm sau khi gia công xong
Hình 4.34: Bộ truyền bánh răng cong

62
4.3 Ðánh giá độ chính xác của bộ truyền bánh răng trụ răng cong
Trong giới hạn thiết bị và giới hạn nghiên cứu tác giả chỉ đánh giá độ chính
xác tiếp xúc .
Độ chính xác tiếp xúc là khả năng tiếp xúc nhiều hay ít của đôi răng ăn
khớp trong quá trình chịu tải trọng.
Để tiến hành kiểm tra ta thực hiện như sau: bôi bột màu vào các bề mặt tiếp
xúc của răng, cho bánh răng ăn khớp với nhau ta được thu được vết tiếp xúc như
hình 4.35.
Hình 4.35: Vết tiếp xúc của bánh răng
Phân tích vết tiếp xúc như sau:
- Vết tiếp xúc theo chiều dài của răng là 38mm (95%).
- Chiều rộng vết tiếp xúc lớn nhất ở giữa bằng 4.2mm ( 70%) và nhỏ nhất nhất
ở hai đầu bằng 3.4mm (57%). Chiều cao vết tiếp xúc trung bình là 61.3 %
Theo bảng 12 tài liệu [8] . Độ xính xác tiếp xúc của cặp bánh răng là cấp 5.
4.4 Kết luận
Với hỗ trợ của công cụ phần mềm MasterCam X5, việc thiết kế và chuẩn bị
công nghệ cũng như lập trình điều khiển máy để gia công bánh răng trụ răng
cong khá thuận tiện và nhanh chóng cho kết quả; Bộ truyền bánh răng trụ răng
cong Z11, m2.5 đã được chế tạo trên trung tâm gia công VF2 – TR160 của
Trường cao đẳng nghề Việt nam-Hàn quốc, Nghệ an. Qua đo kiểm tra và chạy
thử bộ truyền sơ bộ, khẳng định nội dung nghiên cứu triển khai đã đưa ra được
một kiểu truyền động bánh răng trụ mới có đặc tính kỹ thuật tương tự bộ truyền
bánh răng chữ V, dễ lắp rắp và chế tạo trên máy công cụ CNC vạn năng.

63
Chương 5:
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
5.1 Kết luận
- Luận văn đã tiến hành đánh giá, khảo sát tổng quan về truyền động bánh
răng trụ làm cơ sở để đề xuất kiểu bộ truyền mới: bộ truyền bánh răng trụ đường
răng cong, có thể thiết kế, chế tạo và ứng dụng trong truyền động kỹ thuật.
- Bước đầu đã xây dựng được nguyên lý hình thành dạng răng, tính toán
hình học sử dụng trong thiết kế bánh răng trụ răng cong dạng cung tròn.
- Đã thiết kế và mô phỏng kiểu truyền động bánh răng trụ răng cong trên máy
tính.
- Đã chế tạo thử nghiệm bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy công
cụ CNC 4D theo công nghệ CAD/CAM-CNC. Qua đo kiểm ban đầu bộ truyền
đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của truyền động răng.
5.2 Hướng phát triển của đề tài
Các nội dung trong luận văn chỉ là kết quả nghiên cứu ban đầu, để bộ truyền
bánh răng trụ răng cong được ứng dụng trong thực tế, đề tài cần được tiếp tục
nghiên cứu hoàn thiện theo các hướng sau:
- Hoàn thiện lý thuyết tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng trụ răng cong
và phương pháp thiết kế trên máy tính.
- Khảo sát quá trình động học và động lực học bộ truyền bánh răng trụ răng
cong.
- Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong
theo phương pháp chép hình, bao hình và phương pháp điều khiển biên dạng.
- Triển khai ứng dụng trong kỹ thuật truyền động cho các máy móc, thiết bị.

64
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tạ Đình Cường- Tạ Khánh Lâm, Nguyên lý máy. Nhà xuất bản Giáo
dục, năm 2008.
[2] Trần Văn Địch, Nguyêñ Trong̣Bình, Nguyêñ ThếĐat,̣ Nguyêñ Viết Tiếp, Trần
Xuân Viêt,̣ Công nghê ̣chếtaọ máy, Nhàxuất bản Khoa hoc ̣kỹthuât,̣ năm 2003.
[3] PGS.TS. Trần Văn Địch, Công nghệ chế tạo bánh răng, nhà xuất bản
Khoa học Kỹ thuật Hà Nội năm 2006.
[4] Tạ Duy Liêm, Máy công cụ CNC, nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, năm
2001.
[5] Nguyễn Hữu Lộc, Cơ sở thiết kế máy, nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật
năm 2001.
[6] Đặng Minh Phụng, Đồ họa kỹ thuật trên máy tính với Inventor 2014, Trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật TpHCM, 2014.
[7] TS. Trần Đức Quý, TS. Phạm Văn Bổng, Giáo trình công nghệ CNC.
Nhà xuất bản Giáo dục năm 2008.
[8] TIÊU CHUẨN NHÀ NƯỚC TCVN 1067 – 84.
[9] PGS. TS Hoàng Vị, Lê Tiến Thanh, Cơ sở tạo hình bánh răng trụ răng
cong, Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ đại học Thái Nguyên, 154 (9):
25-28.
[10] Trang web http://www.thegioicadcam.com.
[11] Các phim ảnh trên trang web http://www.youtube.com.
[12] Heory of Gearing. Stephen P. Radzevich
[13]. Darle W. Dudley, (2000), Hand Book of Practical Gear Design, CRC
Press
[14] G.A Tpitxưn - V.N Cokitsev Tính toán và chế tạo bánh răng trong
công tác sữa chữa – Người dịch: Nguyễn Đức Phú.

Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Răng Cong Trên Máy Cnc 4d.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Răng Cong Trên Máy Cnc 4d.doc

Similar to Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Răng Cong Trên Máy Cnc 4d.doc (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết Kế Và Chế Tạo Bộ Truyền Bánh Răng Trụ Răng Cong Trên Máy Cnc 4d.doc