BỘ CƠNG THƯƠNG
ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Nghiên cứu, xây dựng quy trình tính tốn thiết kế biên dạng CAM
Globoid cho các cơ cấu phân độ gián đoạn sử dụng phần mềm Matlab và Creo

Mã số đề tài: 22/1SVCK01
Chủ nhiệm đề tài: Trần Quốc Hải
Đơn vị thực hiện: Khoa Cơ Khí

Tp. Hồ Chí Minh - 6/2023


LỜI CẢM ƠN
Các tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường ĐH Cơng Nghiệp TP. Hồ Chí
Minh. Ban lãnh đạo khoa Cơng Nghệ Cơ Khí, cùng các thầy/cô cố vấn học tập, chuyên môn
đã tạo điều kiện, đóng góp ý kiến bổ ích, chun sâu giúp các tác giả hồn thành đề tài cấp
trường năm 2022.
Kính chúc quý Ban Giám Hiệu, Ban lãnh đạo cùng toàn thể thầy cơ Khoa Cơ Khí sức
khoẻ và cơng tác tốt.
Xin chân thành cảm ơn./

1


PHẦN I. THƠNG TIN CHUNG
I. Thơng tin tổng qt

1.1. Tên đề tài: Nghiên cứu, xây dựng quy trình tính tốn thiết kế biên dạng CAM Globoid
cho các cơ cấu phân độ gián đoạn sử dụng phần mềm Matlab và Creo
1.2. Mã số: 22/1SVCK01
1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài
TT

Họ và tên
(học hàm, học vị)

Đơn vị cơng tác

Vai trị thực hiện đề tài

1 Trần Quốc Hải

Khoa Cơ Khí

Chủ nhiệm đề tài

2 Trần Ngọc Tú

Khoa Cơ Khí

Thành viên

3 Đồn Huy Hồng

Khoa Cơ Khí

Thành viên


4 Nguyễn Quang Vũ

Khoa Cơ Khí

Thành viên

1.4. Đơn vị chủ trì: Khoa cơ khí
1.5. Thời gian thực hiện:
1.5.1. Theo hợp đồng:

từ tháng 08 năm 2022 đến tháng 08 năm 2023

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng….. năm…..
1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 08 năm 2022 đến 210tháng 05 năm 2023
1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):
(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên
nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)
1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 10 triệu đồng.
II. Kết quả nghiên cứu
1. Đặt vấn đề
Bộ truyền trục vít – bánh vít là một bộ truyền được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị
công nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng với ưu điểm: kích thước nhỏ gọn, khả
năng tải lớn, hiệu suất cao và có khả năng tự hãm khi làm việc. Theo thời gian, bộ truyền
trục vít – bánh vít đã có nhiều cải tiến, và gần đây nhất đã đạt được thành tựu với những bộ
truyền sử dụng cụm con lăn truyền động thay cho bánh vít, đồng thời những đường ren
được biến đổi để có thể tạo ra được những chuyển động đặc biệt như chuyển động gián đoạn
hoặc chia độ với một góc chính xác. Bộ truyền còn được gọi với tên khác là bộ truyền CAM
Globoid.


2


Về hình dáng hình học và nguyên lý hoạt động thì bộ truyền này tương tự bộ truyền trục
vít – bánh vít truyền thống. CAM là chi tiết chủ động, có dạng hình trụ với những đường
gân dạng ren xoắn có rãnh lượn khác nhau để truyền chuyển động và cơng suất tới trục bị
động.

Hình 1.1 Bộ truyền CAM Globoid
Với khả năng chịu tải lớn, tiếng ồn thấp và độ tin cậy cao, bộ truyền này đã được ứng
dụng nhiều trong các dây chuyền tự động hoặc các cơ cấu cần sự chuyển động gián đoạn,
chia độ một cách chính xác và nhanh chóng. Có thể kể đến một số ứng dụng của bộ truyền
như: Hộp thay dao tự động trong máy gia công CNC, băng chuyền gián đoạn, bàn xoay theo
chu kì…
Tùy thuộc vào yêu cầu thực tế mà nhà sản xuất sẽ cũng cấp một chuyển động đặc trưng
phù hợp với từng khâu trong dây chuyền. Không như khi sử dụng bộ truyền trục vít – bánh
vít để truyền động ngắt quãng thì động cơ cần phải dừng hoặc đảo chiều quay liên tục để
đáp ứng nhu cầu. Bộ truyền này đảm bảo số vòng quay của trục đầu vào là khơng đổi, từ đó
tránh được sự hao tổn về công suất động cơ cũng như không sinh ra moment qn tính do
đóng mở máy liên tục. Từ đó tăng tuổi thọ cho tồn bộ hệ thống.
Khi thực hiện thiết kế bộ truyền CAM Globoid, điều cần quan tâm nhất đó là bề mặt tiếp
xúc giữa CAM với con lăn và quy luật chuyển động mong muốn. Bề mặt làm việc của CAM
là dạng bề mặt không gian, khá phức tạp và khơng thể trải phẳng. Do đó việc áp dụng những
phương pháp thiết kế thông thường rất khó thực hiện, cịn gặp nhiều khó khăn và thiếu tính
chính xác. Thơng thường, người thiết kế phải sử dụng lý thuyết về đường cong gia tốc đặc
biệt và phương trình đặc trưng để giải biên dạng CAM. Cũng đã có nhiều bài báo quốc tế
nghiên cứu về bộ truyền với các cách xây dựng khác nhau hoặc những phương án cải tiến.
Trong nước hiện nay cũng có một số nghiên cứu nổi bật nhưng chưa được phổ biến rộng rãi.
Vấn đề chung của tất cả các nghiên cứu là chưa hệ thống được các bước tính tốn, thiết kế;
3



cũng như mỗi nghiên cứu chưa có sự đa dạng trong việc so sánh kết quả giữa các phương án
thiết kế khác nhau; và quan trọng hơn cả là chưa nhiều thử nghiệm thực tế. Mặt khác đây
cũng là dạng bộ truyền mới nên các tài liệu lý thuyết về tính tốn thiết kế chưa được cơng
bố rộng rãi và chỉ xuất hiện dưới dạng các thông tin nghiên cứu, khảo sát trên các tạp chí
chuyên ngành.
Những nhận định trên cho thấy việc nghiên cứu cũng như xây dựng phương án thiết kế
bộ truyền CAM Globoid là một điều thật sự cần thiết cho sự phát triển chung khoa học nói
chung và ngành cơ khí nói riêng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội .
Đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình tính tốn, thiết kế Cam Globoid cho các cơ cấu
phân độ gián đoạn sử dụng Matlab và Creo” được triển khai với các nội dung chính như sau:
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bộ truyền CAM Globoid.
+ Xây dựng hệ thống công thức, bảng biểu tính tốn cho các thơng số hình học;
+ Đề xuất phương pháp và xây dựng giao diện thiết kế CAM ứng dụng phần mềm
Matlab;
+ Mơ hình hố cơ cấu ứng dụng phần mềm Creo Parametric;
+ Gia công thử nghiệm CAM trên máy CNC.
2. Mục tiêu
a) Mục tiêu tổng quát.
- Xây dựng phương pháp, hệ thống các công thức tính tốn, thiết kế và mơ hình hóa cơ
cấu Cam Globoid ứng dụng phần mềm Matlab và Creo Parametric.
b) Mục tiêu cụ thể.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bộ truyền Cam Globoid.
- Đề xuất phương án xây dựng phương trình bề mặt làm việc của cơ cấu.
- Xây dựng hệ thống cơng thức, bảng biểu tính tốn thiết kế.
- Thiết kế, mô phỏng bộ truyền dựa trên phần mềm Matlab và Creo:
3. Phương pháp nghiên cứu
- Cơ sở phương pháp luận
+


Phân tích và tổng hợp lý thuyết.

+

Phân loại và hệ thống hóa lý thuyết.

+

Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm.

+

Phương pháp thực nghiệm.

- Phương pháp nghiên cứu cụ thể
4


Phân tích và tổng hợp lý thuyết từ các tài liệu, sách, tạp chí khoa học trong nước và quốc
tế có liên quan đến đề tài. Đồng thời phân loại và hệ thống hóa lý thuyết về bộ truyền CAM
Globoid, phân tích và tổng kết kinh nghiệm từ những nghiên cứu trước đó. Từ đó, sử dụng
phương pháp thực nghiệm để kiểm tra sự chính xác của cơ cấu bằng cách gia cơng hồn
chỉnh bộ truyền.
4. Tổng kết về kết quả nghiên cứu
Với mục tiêu đã đặt ra ban đầu đề ra, sau khoảng thời gian làm việc nhóm tác giả đã thực
hiện đầy đủ các nội dung bao gồm:
- Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, đặc điểm và ứng dụng của bộ truyền CAM Globoid
thông qua các nghiên cứu, bài báo khoa học trong và ngoài nước.
- Xây dựng lại được phương trình đặc trưng của biên dạng CAM, phương trình của các

đường cong đặc biệt ứng dụng trong quá trình thiết kế dựa trên các tài liệu thu được.
- Xây dựng hệ thống cơng thức tính tốn các thơng số hình học và thơng số hoạt động của
cơ cấu CAM.
- Xây dựng được chương trính tính tốn biên dạng CAM trên phần mềm Matlab.
- Mơ hình hố cơ cấu CAM trên phần mềm thiết kế Creo
- Gia cơng hồn chỉnh mơ hình cơ cấu CAM Globoid.
5. Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận
Sau quá trình nghiên cứu, tổng hợp lý thuyết, xây dựng quy trình tính tốn và gia cơng,
thử nghiệm thực tế với cơ cấu CAM nhóm tác giả đánh giá các kết quả đạt được:
- Phương pháp thiết kế được thực hiện đơn giản thông qua việc nhập số liệu dưới dạng
giao diện trên phần mềm Matlab, điều này giúp giảm đáng kế thời gian tính tốn.
- Kết hợp các cơng cụ, phần mềm hỗ trợ việc mơ hình hố, kiểm tra tính đúng đắn của
phương pháp thiết kế cũng được sử dụng với mong muốn cải thiện hiệu quả cũng như hiệu
suất công việc trước khi đưa vào sản xuất. Điều này giúp giảm thiểu rất nhiều sai số gia
công
- Gia cơng hồn thiện được sản phầm theo u cầu thiết kế.
6. Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếng Anh)
Cam Globoid là một bộ truyền động cơ khí cho các cơ cấu phân độ gián đoạn. Do bề mặt
làm việc của cam không thể trải phẳng nên việc áp dụng những phương pháp thiết kế thơng
thường cịn gặp nhiều khó khăn và thiếu chính xác.
Đề tài này đề xuất một phương pháp thiết kế CAM Globoid kết hợp các công cụ hỗ trợ
5


thiết kế, mơ hình hố hiện nay như Matlab và Creo. Bằng cách tổng hợp lý thuyết tính tốn,
lý thuyết xây dựng phương trình bề mặt CAM sử dụng phương pháp biến đổi tọa độ trong
không gian cho đến việc giải phương trình đó trên phần mềm Matlab để thu được toạ độ các
điểm trên đường cong. Dữ liệu sau khi thu được, được chuyển qua phần mềm Creo để mơ
hình hố 3D và phương pháp gia cơng thử nghiệm cơ cấu CAM trên máy CNC cũng đã
được thực hiện để đánh giá, phân tích.

Cam Globoid is a mechanical power transmission system for intermittent motion
mechanisms. Due to the non-planar working surface of the cam, applying conventional
design methods poses many difficulties and lacks precision.
This study proposes a design method for the CAM Globoid by combining design support
tools and current modeling techniques such as Matlab and Creo. By synthesizing
computational theory and the theory of constructing CAM surface equations using
coordinate transformation in space, the equations are solved using Matlab software to obtain
the coordinates of points on the cam profile. The obtained data is then transferred to Creo
software for 3D modeling, and a test machining method for the CAM mechanism on a CNC
machine is also conducted for evaluation and analysis.
III. Sản phẩm đề tài, công bố và kết quả đào tạo
3.1. Kết quả nghiên cứu ( sản phẩm dạng 1,2,3)
TT

Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật

Tên sản phẩm

Đăng ký

Đạt được

1

Mô hình Cam Globoid

Đạt kích thước so với Đạt kích thước so với trên
trên phần mềm thiết kế phần mềm thiết kế


2

Giao diện thiết kế đường cong
CAM trên phần mềm Matlab

Thu được biên dạng
CAM Globoid khi thực
hiện nhập các thông số
đầu vào của bộ truyền

3

Research, calculate and design Hội nghị khoa học trẻ Hội nghị khoa học trẻ
Globoid Cam for indexing IUH lần 4 - 2022
IUH lần 4 - 2022
mechanism using matlab and
creo parametric (Abstract)

4

Nghiên cứu, xây dựng quy Eureka
trình tính toán thiết kế biên 2022
dạng CAM Globoid cho các cơ
cấu phân độ gián đoạn sử dụng
phần mềm Matlab và Creo

cấp

Thu được biên dạng CAM
Globoid khi thực hiện

nhập các thông số đầu vào
của bộ truyền

trường Đạt giải nhì Eureka cấp
trường 2022

6


Ghi chú:
- Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chỉ được chấp
nhận nếu có ghi nhận địa chỉ và cảm ơn trường ĐH Công Nghiệp Tp. HCM đã cấp kính phí
thực hiện nghiên cứu theo đúng quy định.
- Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm trong phần phụ lục minh chứng ở cuối báo cáo.
(đối với ấn phẩm là sách, giáo trình cần có bản photo trang bìa, trang chính và trang cuối
kèm thơng tin quyết định và số hiệu xuất bản)
3.2. Kết quả đào tạo
TT

Họ và tên

Thời gian
thực hiện đề tài

Tên đề tài
Tên chuyên đề nếu là NCS
Tên luận văn nếu là Cao học

Đã bảo vệ


Nghiên cứu sinh
Học viên cao học
Sinh viên Đại học
Ghi chú:
- Kèm bản photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận và bằng/giấy
chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ nếu học viên đã bảo vệ thành công luận án/ luận
văn;( thể hiện tại phần cuối trong báo cáo khoa học)
IV. Tình hình sử dụng kinh phí
TT

Nội dung chi

A
1
2
3
4
5
6

Chi phí trực tiếp
Th khốn chun mơn
Ngun, nhiên vật liệu, cây con..
Thiết bị, dụng cụ
Cơng tác phí
Dịch vụ th ngoài
Hội nghị, hội thảo,thù lao nghiệm thu giữa
kỳ
In ấn, Văn phịng phẩm
Chi phí khác

Chi phí gián tiếp
Quản lý phí
Chi phí điện, nước
Tổng số

7
8
B
1
2

Kinh phí
được duyệt
(triệu đồng)

Kinh phí
thực hiện
(triệu đồng)

7.458.500
1.760.000

7.458.500
1.760.000

781.500

781.500

10.000.000


10.000.000

Ghi
chú

7


V. Kiến nghị ( về phát triển các kết quả nghiên cứu của đề tài)
Đề tài được hoàn thành với các yêu cầu đề ra, với lượng kiến thức tổng hợp còn rất nhiều
đòi hỏi sự tập trung và làm việc trong thời gian dài. Tuy nhiên nhóm tác gỉa nhận định rằng,
đây là một đề tài mang tính ứng dụng cao, hồn tồn có khả năng thương mại hố sản phẩm
trong tương lại gần. Để đạt được điều đó nhóm tác giả đề xuất một số nội dung cần tiếp tục
triển khai như sau:
- Cơ cấu đã hoàn chỉnh về mặt cơ khí, tuy nhiên cần kết hợp hệ thống cơ điện tử để kiểm
tra khi hoạt động thực tế.
- Cần có thêm các tính tốn gia cơng thử nghiệm dựa trên các thông số đầu vào, của các
máy, cơ cấu thực tế hơn nữa để kiểm chứng thêm kết quả.
VI. Phụ lục sản phẩm ( liệt kê minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)
1 - Mô hình Cam Globoid
2 - Giao diện thiết kế đường cong CAM trên phần mềm Matlab
3 - Bài báo: Research, calculate and design Globoid Cam for indexing mechanism using
matlab and creo parametric. (Abstract). Hội nghị khoa học trẻ IUH lần 4 - 2022
4 - Đề tài tham ra Eureka cấp trường 2022: Nghiên cứu, xây dựng quy trình tính tốn thiết
kế biên dạng CAM Globoid cho các cơ cấu phân độ gián đoạn sử dụng phần mềm Matlab và
Creo

Chủ nhiệm đề tài


Trần Quốc Hải

Tp. HCM, ngày ........ tháng 6 năm 2023
Khoa Cơ Khí
Phịng QLKH&HTQT
Trưởng (đơn vị)
(Họ tên, chữ ký)

PGS. TS nguyễn Đức Nam

8


PHẦN II. BÁO CÁO CHI TIẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
(báo cáo tổng kết sau khi nghiệm thu, đã bao gồm nội dung góp ý của hội đồng nghiệm thu)

9


NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH TÍNH
TỐN, THIẾT KẾ CAM GLOBOID CHO CÁC
CƠ CẤU PHÂN ĐỘ GIÁN ĐOẠN SỬ DỤNG
MATLAB VÀ CREO

Mã số: 22/1SVCK01

Chủ nhiệm đề tài: Trần Quốc Hải



MỤC LỤC
MỤC LỤC .......................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................. 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... 7
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................ 8
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 9
1.1. GIỚI THIỆU.............................................................................................................9
1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 9
1.1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ......................................................................... 11
1.1.3 Mục tiêu của đề tài ........................................................................................... 11
1.1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 11
1.1.5 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 12
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC..............................................12
1.2.1 Nghiên cứu trong nước .................................................................................... 12
1.2.2 Nghiên cứu quốc tế .......................................................................................... 13
1.3. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI....................................................................................19
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CAM GLOBOID ................................................ 21
2.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................................21
2.1.1 Nguyên lý bộ truyền CAM Globoid ................................................................ 21
2.1.2 Đặc điểm và ứng dụng ..................................................................................... 21
2.1.3 Phân loại .......................................................................................................... 24
2.1.4 Các dạng chuyển động ..................................................................................... 27
2.2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CAM GLOBOID..........................................................30
2.2.1 Thơng số thiết kế bộ truyền ............................................................................. 30
2.2.2 Đường cong trong thiết kế CAM Globoid ....................................................... 34
2.2.3 Phương pháp xây dựng bề mặt CAM Globoid ................................................ 42
2.2.4 Xây dựng phương trình đặc trưng của CAM Globoid ..................................... 43
2.2.5 Xác định thông số hoạt động của bộ truyền .................................................... 47

2.2.6 Xác định các bước xây dựng biên dạng CAM Globoid .................................. 52
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU
CAM GLOBOID ỨNG DỤNG MATLAB .................................................................... 57
1


3.1. ỨNG DỤNG MATLAB XÂY DỰNG CAM GLOBOID.....................................57
3.1.1 Sơ đồ giải thuật ................................................................................................ 57
3.1.2 Xây dựng chương trình tính tốn biên dạng CAM Globoid ............................ 58
3.2. XÂY DỰNG GIAO DIỆN HỖ TRỢ THIẾT KẾ..................................................67
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CƠ CẤU CAM GLOBOID CHO MÁY ĐĨNG NẮP
CHAI ................................................................................................................................. 72
4.1. THƠNG SỐ THIẾT KẾ.........................................................................................72
4.2. TÍNH TỐN THƠNG SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ TRUYỀN...........................73
4.2.1 Thông số hoạt động cơ bản .............................................................................. 73
4.2.2 Thông số hình học cơ bản ................................................................................ 74
4.2.3 Mơ hình hóa CAM Globoid ............................................................................. 75
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 85
5.1. GIA CÔNG THỰC NGHIỆM................................................................................85
5.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................................86
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 87
6.1. KẾT LUẬN............................................................................................................87
6.2. KIẾN NGHỊ............................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 88

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Bộ truyền CAM Globoid ..................................................................................... 9

Hình 1.2 Mơ hình CAM Globoid [1] ................................................................................ 12
Hình 1.3 So sánh biên dạng CAM Globoid [2] ................................................................ 13
Hình 1.4 Kết quả chương trình Matlab và mơ hình hóa CAM Globoid [3] ..................... 13
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu CAM Globoid [4] ........................................................ 14
Hình 1.6 Mơ hình CAM Globoid với con lăn hình cầu [5] .............................................. 15
Hình 1.7 CAM Globoid với con lăn dạng Hyperboloid [6].............................................. 15
Hình 1.8 Mơ hình và sản phẩn thực tế CAM Globoid [7] ................................................ 16
Hình 1.9 Biểu đồ 3 đường cong gia tốc cơ bản [8]........................................................... 16
Hình 1.10 Thơng số hình học CAM Globoid [9].............................................................. 17
Hình 1.11 Giao diện chương trình thiết kế CAM [10] ..................................................... 18
Hình 1.12 Kiểm tra quá trình hoạt động của CAM trên Pro/E [10] ................................. 18
Hình 1.13 Một số phương án gia cơng CAM [11]............................................................ 19
Hình 1.14 Mơ phỏng gia cơng CAM trên phần mềm CAD/CAM [11]............................ 19
Hình 2.1 Cơ cấu CAM Globoid [46]............................................................................................21

Hình 2.2 Biểu đồ ăn khớp của cơ cấu CAM Globoid [47] ............................................... 22
Hình 2.3 Biểu đồ ăn khớp của bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống [47]................... 22
Hình 2.4 Cơ cấu bàn chia độ [48] ..................................................................................... 23
Hình 2.5 Băng tải gián đoạn nằm ngang [48] ................................................................... 23
Hình 2.6 Băng tải gián đoạn thẳng đứng [48]................................................................... 23
Hình 2.7 Cơ cấu nâng hạ [148] ......................................................................................... 24
Hình 2.8 Cơ cấu thay dao tự động trong máy CNC ......................................................... 24
Hình 2.9 CAM Globoid với đường gân đơn [48] ............................................................. 24
Hình 2.10 CAM Globoid có đường gân đơi [48].............................................................. 25
Hình 2.11 CAM phải và CAM trái [48]............................................................................ 25
Hình 2.12 CAM Globoid một mối .................................................................................... 26
Hình 2.13 CAM Globoid hai mối ..................................................................................... 26
Hình 2.14 CAM Globoid ba mối ...................................................................................... 27
Hình 2.15 Góc chuyển vị bằng nhau [18] ......................................................................... 27
Hình 2.16 Góc chuyển vị dạng cần lắc [18] ..................................................................... 28

3


Hình 2.17 Chuyển vị liên tục [18] .................................................................................... 28
Hình 2.18 Chuyển vị chu kì đảo nghịch [19] .................................................................... 29
Hình 2.19 Góc chuyển vị với góc chia khơng đều nhau [19] ........................................... 29
Hình 2.20 Góc chuyển vị bằng nhau [19] ......................................................................... 29
Hình 2.21 Biểu đồ thời gian và vị trí bố trí rãnh then [47] ............................................... 32
Hình 2.22 Biểu đồ bố trí rãnh then cho CAM Globoid [18]............................................. 33
Hình 2.23 Biểu đồ bố trí rãnh then cho CAM cần lắc [18] .............................................. 33
Hình 2.24 Biểu đồ bố trí rãnh then cho CAM cần lắc [18] .............................................. 34
Hình 2.25 Biểu đồ bố trí rãnh then cho CAM cần lắc [47] .............................................. 34
Hình 2.26 Biểu đồ bố trí rãnh then cho CAM cần lắc [47] .............................................. 34
Hình 2.27 Biểu đồ đường cong hình thang biến đổi [15] ................................................. 35
Hình 2.28 Biểu đồ đường cong hình sine biến đổi [15] ................................................... 38
Hình 2.29 Biểu đồ chuyển vị ứng với đường cong gia tốc Xycloit [15] .......................... 41
Hình 2.30 Biểu đồ chuyển vị ứng với đường cong gia tốc Xycloit [15] .......................... 41
Hình 2.31 Biểu đồ thể hiện giá trị  và  [13].................................................................. 41
Hình 2.32 Hệ tọa độ biên dạng CAM [6] ......................................................................... 43
Hình 2.33 Sơ đồ nguyên lý CAM Globoid ....................................................................... 43
Hình 2.34 Hệ tọa độ CAM Globoid .................................................................................. 44
Hình 2.35 Thơng số hình học CAM Globoid hai rãnh ..................................................... 47
Hình 2.36 Thơng số hình học CAM Globoid một rãnh .................................................... 47
Hình 2.37 Biểu đồ đường cong gia tốc hình Sine sửa đổi [15] ........................................ 49
Hình 2.38 Quy ước giá trị góc ban đầy của con lăn đối với CAM 2 rãnh ........................ 53
Hình 2.39 Quy ước giá trị góc ban đầu của con lăn đối với CAM 1 rãnh ........................ 54
Hình 2.40 Quy ước bề mặt CAM Globoid một rãnh ........................................................ 55
Hình 2.41 Quy ước bề mặt CAM Globoid một rãnh ........................................................ 55
Hình 3.1 Sơ đồ giải thuật..............................................................................................................57


Hình 3.2 Các đường cong 1L,2L, 2R, 3R và đường cong dừng của CAM ...................... 58
Hình 3.3 Khởi động phần mềm Matlab ............................................................................ 59
Hình 3.4 Giao diện chính của phần mềm Matlab ............................................................. 59
Hình 3.5 Giao diện chính của phần mềm Matlab ............................................................. 59
Hình 3.6 Bề mặt 1L ........................................................................................................... 60
Hình 3.11 Bề mặt 4R ........................................................................................................ 62
4


Hình 3.12 Bề mặt dừng D1 ............................................................................................... 62
Hình 3.13 Bề mặt dừng D2 ............................................................................................... 63
Hình 3.14 Bề mặt dừng D3 ............................................................................................... 64
Hình 3.15 Bề mặt dừng D4 ............................................................................................... 64
Hình 3.16 Bề mặt 1L ......................................................................................................... 64
Hình 3.17 Bề mặt 2R ........................................................................................................ 65
Hình 3.18 Bề mặt 2L ......................................................................................................... 65
Hình 3.19 Bề mặt 3R ........................................................................................................ 66
Hình 3.20 Bề mặt dừng D1 ............................................................................................... 66
Hình 3.21 Bề mặt dừng D2 ............................................................................................... 66
Hình 3.22 Khởi tạo cửa sổ giao diện ................................................................................ 67
Hình 3.23 Giao diện thiết kế CAM Globoid..................................................................... 68
Hình 3.24 Giao diện tính tốn biên dạng CAM Globoid một rãnh hồn chỉnh................ 70
Hình 3.25 Giao diện tính tốn biên dạng CAM Globoid hai rãnh hồn chỉnh ................. 71
Hình 4.1 Thơng số hình học CAM Globoid hai rãnh ...................................................................72

Hình 4.2 Thơng số hình học CAM Globoid một rãnh ...................................................... 72
Hình 4.3 Giao diện tính tốn biên dạng CAM .................................................................. 75
Hình 4.4 Kết quả tính tốn CAM globoid hai rãnh .......................................................... 76
Hình 4.5 Kết quả tính tốn CAM globoid một rãnh ......................................................... 76
Hình 4.6 Kết quả chương trình tính tốn CAM Globoid .................................................. 77

Hình 4.7 Quy ước bề mặt CAM globoid 1 rãnh ............................................................... 77
Hình 4.8 Quy ước bề mặt CAM Globoid hai rãnh ........................................................... 78
Hình 4.9 Chuyển dạng file ................................................................................................ 80
Hình 4.10 Cửa sổ nhập tọa độ trên phần mềm Creo Parametric ...................................... 80
Hình 4.11 Tọa độ điểm sau khi nhập vào phần mềm Creo Paramtric .............................. 80
Hình 4.12 Liên kết điểm thành đường .............................................................................. 81
Hình 4.13 Hợp đường thành mặt và chuyển thành khối đặc ............................................ 81
Hình 4.14 Kích thước thân CAM Globoid ....................................................................... 82
Hình 4.15 Hợp nhất biên dạng với thân CAM .................................................................. 82
Hình 4.16 Kết quả mơ hình CAM Globoid hồn chỉnh .................................................... 82
Hình 4.17 Bộ truyền Cam hai rãnh ................................................................................... 83
Hình 4.18 Bộ truyền Cam một rãnh .................................................................................. 83
5


Hình 4.19 Mơ hình hóa bộ truyền CAM Globoid trên phần mềm ................................... 84
Hình 5.1 Gia cơng bán tinh và gia cơng tinh chi tiết............................................................. .......85

Hình 5.2 CAM Globoid hồn chỉnh.................................................................................. 85
Hình 5.3 Bộ truyền CAM Globoid hồn chỉnh................................................................. 85

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Ký hiệu thông số đầu vào .................................................................................. 47
Bảng 4.3 Bảng thông số ban đầu CAM Globoid...............................................................73
Bảng 4.4 Thông số hoạt động của bộ truyền CAM Globoid ............................................ 75
Bảng 4.5 Một số tọa độ điểm của CAM globoid 1 rãnh trong không gian....................... 78
Bảng 4.6 Một số tọa độ điểm CAM globoid 2 rãnh trong không gian ............................. 79


7


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CNC – Máy điều khiển số
MS – Đường cong hình sin biến đổi
MCV – Đường cong vận tốc biến đổi liên tục
MT – Đường cong hình thang biến đổi
FEM – Phương pháp phần tử hữu hạn

8


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. GIỚI THIỆU
1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Bộ truyền trục vít – bánh vít là một bộ truyền được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị
cơng nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng với ưu điểm: kích thước nhỏ gọn, khả
năng tải lớn, hiệu suất cao và có khả năng tự hãm khi làm việc. Theo thời gian, bộ truyền
trục vít – bánh vít đã có nhiều cải tiến, và gần đây nhất đã đạt được thành tựu với những
bộ truyền sử dụng cụm con lăn truyền động thay cho bánh vít, đồng thời những đường
ren được biến đổi để có thể tạo ra được những chuyển động đặc biệt như chuyển động
gián đoạn hoặc chia độ với một góc chính xác. Bộ truyền còn được gọi với tên khác là bộ
truyền CAM Globoid.
Về hình dáng hình học và nguyên lý hoạt động thì bộ truyền này tương tự bộ truyền
trục vít – bánh vít truyền thống. CAM là chi tiết chủ động, có dạng hình trụ với những
đường gân dạng ren xoắn có rãnh lượn khác nhau để truyền chuyển động và cơng suất tới
trục bị động.


Hình 1.2 Bộ truyền CAM Globoid
Với khả năng chịu tải lớn, tiếng ồn thấp và độ tin cậy cao, bộ truyền này đã được ứng
dụng nhiều trong các dây chuyền tự động hoặc các cơ cấu cần sự chuyển động gián đoạn,
chia độ một cách chính xác và nhanh chóng. Có thể kể đến một số ứng dụng của bộ
truyền như: Hộp thay dao tự động trong máy gia công CNC, băng chuyền gián đoạn, bàn
xoay theo chu kì…

9


Tùy thuộc vào yêu cầu thực tế mà nhà sản xuất sẽ cung cấp một chuyển động đặc
trưng phù hợp với từng khâu trong dây chuyền. Không như khi sử dụng bộ truyền trục vít
– bánh vít để truyền động ngắt quãng thì động cơ cần phải dừng hoặc đảo chiều quay liên
tục để đáp ứng nhu cầu. Bộ truyền này đảm bảo số vòng quay của trục đầu vào là khơng
đổi, từ đó tránh được sự hao tổn về công suất động cơ cũng như không sinh ra moment
quán tính do đóng mở máy liên tục. Từ đó tăng tuổi thọ cho toàn bộ hệ thống.
Khi thực hiện thiết kế bộ truyền CAM Globoid, điều cần quan tâm nhất đó là bề mặt
tiếp xúc giữa CAM với con lăn và quy luật chuyển động mong muốn. Bề mặt làm việc
của CAM là dạng bề mặt không gian, khá phức tạp và khơng thể trải phẳng. Do đó việc
áp dụng những phương pháp thiết kế thơng thường rất khó thực hiện, cịn gặp nhiều khó
khăn và thiếu tính chính xác. Thông thường, người thiết kế phải sử dụng lý thuyết về
đường cong gia tốc đặc biệt và phương trình đặc trưng để giải biên dạng CAM. Cũng đã
có nhiều bài báo quốc tế nghiên cứu về bộ truyền với các cách xây dựng khác nhau hoặc
những phương án cải tiến. Trong nước hiện nay cũng có một số nghiên cứu nổi bật nhưng
chưa được phổ biến rộng rãi. Vấn đề chung của tất cả các nghiên cứu là chưa hệ thống
được các bước tính tốn, thiết kế; cũng như mỗi nghiên cứu chưa có sự đa dạng trong
việc so sánh kết quả giữa các phương án thiết kế khác nhau; và quan trọng hơn cả là chưa
nhiều thử nghiệm thực tế. Mặt khác đây cũng là dạng bộ truyền mới nên các tài liệu lý
thuyết về tính tốn thiết kế chưa được công bố rộng rãi và chỉ xuất hiện dưới dạng các
thông tin nghiên cứu, khảo sát trên các tạp chí chuyên ngành.

Những nhận định trên cho thấy việc nghiên cứu cũng như xây dựng phương án thiết kế
bộ truyền CAM Globoid là một điều thật sự cần thiết cho sự phát triển chung khoa học
nói chung và ngành cơ khí nói riêng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội .
Đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình tính tốn, thiết kế Cam Globoid cho các cơ
cấu phân độ gián đoạn sử dụng matlab và creo ” đã được triển khai với các nội dung
chính như sau:
+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bộ truyền CAM Globoid.
+ Xây dựng hệ thống công thức, bảng biểu tính tốn cho các thơng số hình học;
+

Đề xuất phương pháp và xây dựng giao diện thiết kế CAM ứng dụng phần mềm

Matlab;
+

Mơ hình hố cơ cấu ứng dụng phần mềm Creo Parametric;
10


+

Gia công thử nghiệm CAM trên máy CNC.

1.1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu đề tàì dựa trên việc đề xuất một phương pháp thiết kế bộ truyền
CAM Globoid cho các cơ cấu phân độ gián đoạn áp dụng các công cụ hỗ trợ thiết kế
mạnh mẽ hiện nay, là một lựa chọn cho các nhà khoa học, giảng viên, sinh viên có thể
tham khảo và thực hiện theo hướng khoa học ứng dụng.
- Ý nghĩa thực tiễn

Tạo cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, giúp các nhà sản xuất trong tương lai gần có tiếp
cận và đưa ra những phương án thiết kế gia công, thử nghiệm cho các loại cơ cấu CAM
khác nhau đáp ứng nhu cầu thị trường.
1.1.3 Mục tiêu của đề tài
a. Mục tiêu tổng quát
+ Xây dựng quy trình tính tốn thiết kế CAM Globoid cho các cơ cấu phân độ gián
đoạn sử dụng phần mềm Matlab và Creo Parametric.
+ Xây dựng giao diện thiết kế CAM.
b. Mục tiêu cụ thể
+

Tìm hiểu nguyên lý, đặc điểm và công dụng của bộ truyền CAM Globoid.

+

Đề xuất phương án xây dựng phương trình biên dạng CAM.

+

Xây dựng phương pháp, hệ thống các cơng thức tính tốn thơng số hoạt động.

+

Thiết kế và mơ hình hóa cơ cấu CAM Globoid ứng dụng phần mềm Matlab và

Creo Parametric.
+

Xây dựng giao diện thiết kế CAM Globoid.


+

Mơ hình hóa sản phẩm thực tế và đưa ra kết luận.

1.1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
+

Bộ truyền CAM Globoid.

- Phạm vi nghiên cứu
+

Nguyên lý hoạt động, đặc điểm, ứng dụng bộ truyền CAM Globoid

+

Các thông số thiết kế bộ truyền CAM Globoid.
11


+

Phương pháp thiết kế bộ truyền CAM Globoid.

+

Giao diện hỗ trợ thiết kế CAM Globoid.

1.1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Cơ sở phương pháp luận
+

Phân tích và tổng hợp lý thuyết.

+

Phân loại và hệ thống hóa lý thuyết.

+

Phương pháp phân tích và tổng kết kinh nghiệm.

+

Phương pháp thực nghiệm.

- Phương pháp nghiên cứu cụ thể
Phân tích và tổng hợp lý thuyết từ các tài liệu, sách, tạp chí khoa học trong nước và
quốc tế có liên quan đến đề tài. Đồng thời phân loại và hệ thống hóa lý thuyết về bộ
truyền CAM Globoid, phân tích và tổng kết kinh nghiệm từ những nghiên cứu trước đó.
Từ đó, sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm tra sự chính xác của cơ cấu bằng cách
gia cơng hồn chỉnh bộ truyền.
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.2.1 Nghiên cứu trong nước
Mặc dù cơ cấu CAM Globoid đã được sử dụng phổ biến ở các nước có nền cơng
nghiệp phát triển, song ở nước ta vẫn còn rất hạn chế các nghiên cứu về đề tài này.
Bài báo của tác giả Nguyễn Văn Tưởng [1]. Bài báo tập trung vào việc đưa ra phương
án thiết kế CAM dựa trên chương trình gia công bằng máy CNC 5 trục. Bằng cách nêu ra
các phương pháp tốn học, phương pháp tạo bề mặt thơng qua mặt pitch, phương pháp

“giả” gia công. Kiểm tra các phương pháp thơng qua hàm tốn học cũng như thực hiện
mơ hình hóa trên phần mềm Pro/E 4.0. Tuy vậy tác giả mới thực hiện phương pháp này
trên một phần mềm nên chưa có sự so sánh, kiểm tra. Và việc thiết kế cơ cấu mà bài báo
đề xuất còn mất nhiều thời gian từ khâu viết mã nhúng cho đến khâu thiết lập mơ hình
hồn chỉnh.

Hình 1.3 Mơ hình CAM
Globoid [1]

12


Bài báo của tác giả Nguyễn Trường Giang [2] đề xuất một phương pháp thiết kế CAM
Globoid sử dụng phần mềm Creo Parametric. Dựa trên các thông số lý thuyết và công
nghệ, tác giả cũng đã xây dựng được biên dạng làm việc của một loại CAM Globoid và
mơ hình hoá trực tiếp trên phần mềm dựa trên các tham số cơng nghệ.

Hình 1.4 So sánh biên dạng CAM Globoid [2]
Luận văn Thạc sĩ của tác giả Ngụy Quang Cường [3] đề xuất phương án thiết kế và
tính bền cho bộ truyền này theo ứng suất tiếp xúc dựa theo công thức Héc. Đồng thời sử
dụng phần mềm FEM nhằm kiểm nghiệm kết quả tính tốn. Bài luận văn đã trình bày
được các bước xây dựng phương trình bề mặt tiếp xúc của CAM trên phần mềm Matlab,
từ đó tìm được bán kính cong tức thời của bề mặt ren tại vị trí tiếp xúc và ứng suất tiếp
xúc. Mơ hình CAM được mơ hình hố trên phần mềm Solidworks.

Hình 1.5 Kết quả chương trình Matlab và mơ hình hóa CAM Globoid [3]
1.2.2 Nghiên cứu quốc tế
Bề mặt làm việc của CAM Globoid là một mặt cong không gian được bố trí trên nền
một hình trụ nên việc thiết kế phải sử dụng các thông số về tọa độ xác định. Để thiết kế
bề mặt khơng gian này, đã có một số nghiên cứu đề xuất cách giải đường cong bề mặt

CAM bằng cách sử dụng các phần mềm CAD/CAM.
Đề cập đến phân tích và thiết kế bộ truyền CAM Globoid cơ bản có bài báo “Analysis
and Design of the Globoidal Indexing CAM Mechanism” [4]. Trong bài báo, tác giả đã
đưa ra phương án xây dựng phương trình đặc trưng của CAM. Sau đó, dựa vào phương
13


trình tìm được, nghiên cứu đã đề xuất một phương án xây dựng CAM với sự hỗ trợ của
máy tính và đưa ra phương án thiết kế tối ưu tùy theo u cầu thực tế. Ngồi ra, tác giả
cịn thảo luận chi tiết về góc áp lực – giá trị quan trọng trong thiết kế CAM, và đưa ra
khái niệm mới về góc áp lực tương đương. Nghiên cứu đã xem xét những điểm giống và
khác nhau giữa góc áp lực danh nghĩa (dùng để đơn giản hóa tính tốn) và góc áp lực
tương đương (thực tế). Nhận thấy giữa hai giá trị khơng có nhiều sự khác biệt nên bài báo
đã đi đến kết luận có thể dùng góc áp lực danh nghĩa để tính tốn CAM Globoid nhưng
vẫn đảm bảo độ chính xác trong q trình thiết kế.

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu CAM Globoid [4]
Do cơ cấu CAM Globoid hiện nay đã và đang được sử dụng rất nhiều trong các máy
móc cơng nghiệp hiện đại, do đó càng xuất hiện nhiều hơn những bài báo với ý tưởng cải
tiến. Thông thường, con lăn dạng hình trụ được sử dụng rộng rãi với dạng bộ truyền này.
Tuy nhiên, chúng không đảm bảo được sự tiếp xúc liên tục giữa hai bề mặt, điều này có
thể dẫn đến sự mài mịn khơng đều, từ đó gây thiếu chính xác sau một thời gian dài hoạt
động. Nhận định được điều đó, hai nhóm tác giả là Lei Li, Xianying Feng, Ziping Zhang,
Xingchang Han, Yaqing Song và Hong Sen Yan, Hsin Hang Chen đã đề xuất hai phương
án cải tiến hình dạng con lăn giúp hạn chế được nhược điểm này.
Bài báo của nhóm tác giả Lei Li, Xianying Feng, Ziping Zhang, Xingchang Han,
Yaqing Song [5] đưa ra phương án sử dụng con lăn dạng bi thép với ưu điểm hạn chế
điểm tiếp xúc giữa CAM và con lăn để làm giảm ma sát, từ đó tăng năng suất làm việc.
CAM cũng đặc biệt hơn với rãnh hình cung tròn. Bài báo cũng đưa ra một số lý thuyết
thiết kế CAM như lý thuyết biến đổi quay tenxơ và lý thuyết ăn khớp. Kết luận, nghiên

cứu đã thu được mơ hình hình học của CAM, phương trình góc áp lực và quy luật biến
14