Chương 6

Cơ cấu bánh răng
Nguyên lý máy


Mục tiêu
Sinh viên học xong chương này cần nắm được:
• Phân biệt được các loại bánh răng và công dụng của chúng
• Các đặc điểm hình học của bánh răng tiêu chuẩn
• Hiểu và biết cách tính toán được khoảng cách trục, hệ số trùng khớp…
• Hiểu và nắm được các phương pháp loại bỏ hiện tượng cắt chân răng
• Biết cách tính tỷ số truyền của cặp bánh răng
• Hiểu được đặc điểm ăn khớp của các cặp bánh răng không gian như
bánh răng trụ chéo, côn, trục vít-bánh vít..
• Hiểu được khái niệm bánh răng thay thế


Nội dung
1.

Giới thiệu

2.

Các khái niệm cơ bản

3.

Định lý cơ bản về sự ăn khớp

4.

Bánh răng thân khai

5.

Tính lắp lẫn của bánh răng, tiêu chuẩn AGMA

6.

Nguyên tắc cơ bản về quá trình ăn khớp

7.

Các phương pháp gia công răng

8.

Hiện tượng cắt chân răng

9.

Hệ số trùng khớp

10.

Phương trình đường thân khai

11.


Bánh răng không tiêu chuẩn

12.

Bánh răng cycloid

13.

Bánh răng nghiêng, trục vít – bánh vít và bánh răng côn


1. Giới thiệu
 Định nghĩa: Cơ cấu bánh răng là cơ cấu dùng để truyền chuyển
động giữa hai trục quay bằng sự ăn khớp liên tục của hai khâu có
răng được gọi là bánh răng.


1. Giới thiệu
 Ưu điểm của bộ truyền bánh răng:
• Để truyền mô men xoắn hoặc công suất từ trục này sang trục khác;
Một số các bộ truyền khác cũng để truyền công suất như:
 Bộ truyền đai

Hạn chế: xảy ra sự trượt

 Truyền động bằng cáp
 Truyền động xích

Hạn chế: truyền động không liên tục


Do đó, bộ truyền bánh răng là sự lựa chọn tốt nhất để tránh được sự
trượt và truyền động không liên tục trong quá trình truyền động. Đồng
thời:
• Truyền tốc độ như mong muốn;
• Thay đổi được chiều quay;
• Khoảng cách giữa trục dẫn và trục bị dẫn nhỏ.


1. Giới thiệu
 Nhược điểm của bộ truyền bánh răng
•

Giá thành cao hơn các bộ truyền khác

•

Sai số trong quá trình cắt răng sẽ gây ra rung động và tiếng ồn
trong quá trình vận hành;

•

Yêu cầu phải có chế độ bôi trơn thích hợp

•

Vì vậy, người thiết kế phải biết lựa chọn các bộ truyền một cách
tối ưu trong quá trình thiết kế


1. Giới thiệu

 Phân loại bánh răng
Bánh răng thẳng: đường răng của bánh
răng song song với đường trục, truyền
chuyển động giữa hai trục song song.

Ăn khớp trong
Bánh răng nghiêng
Đường răng nghiêng so với đường trục một góc
→ ăn khớp êm, dùng để truyền chuyển động
giữa hai trục song song hoặc chéo nhau.

Ăn khớp ngoài


1. Giới thiệu
 Phân loại bánh răng
Bánh răng côn: Răng được hình
thành trên mặt nón, được sử dụng để
tryuyền chuyển động giữa hai trục
giao nhau.
Bánh răng côn răng cong

Bánh răng côn răng thẳng


1. Giới thiệu
 Phân loại bánh răng
Trục vít – bánh vít: bao gồm bánh
răng nghiêng (bánh vít) và trục vít,
được sử dụng để truyền chuyển động

giữa hai trục chéo nhau

Bánh rưng – thanh răng: đây là
trường hợp đặc biệt của bộ truyền
răng thẳng có 1 bánh răng có đường
kính là vô cùng, răng nằm trên mặt
phẳng.

Bánh răng

Thanh răng


2. Các khái niệm cơ bản


2. Các khái niệm cơ bản
1. Vòng tròn chia: Đây là vòng tròn lý thuyết dùng để làm cơ sở cho
việc xác định các thông số hình học khác của bánh răng. Trong quá
trình ăn khớp, hai vòng tròn trên hai bánh răng giống như hai vòng
tròn ảo lăn không trượt trên nhau.
2. Bước răng (p) : là cung giữa hai biên dạng răng kề nhau cùng phía
3. Số răng trên inch (P): được xác định bằng số răng trên mỗi inch
của đường kính vòng chia.
4. Mô đun (m): là tỷ số giữa đường kính vòng chia và số răng.


2. Các khái niệm cơ bản
Quan hệ giữa đường kính vòng chia, mô đun và bước răng:


N
P
d

d
m
N
d
pc 
 m
N
pc P  

Trong đó:
P = số răng/in
N =số răng của bánh răng
d = đường kính vòng chia, in or mm
m = mô đun, mm


2. Các khái niệm cơ bản
5. Chiều cao đỉnh răng (a): là phần chiều cao răng được đo từ vòng
tròn đỉnh răng đến vòng tròn chia.
6. Chiều cao chân răng (b): là phần chiều cao răng được đo từ vòng
tròn chân răng răng đến vòng tròn chia.
7. Chiều cao răng (ht): là tổng chiều cao đỉnh răng và chiều cao
chân răng: ht=a+b
8. Vòng tròn khe hở chân răng: là vòng tròn ảo tiếp xúc với vòng
đỉnh răng của bánh răng đối tiếp.
9. Khe hở chân răng c: là khoảng cách giữa vòng tròn khe hở chân

răng và vòng tròn chân răng.
10. Khe hở cạnh răng: chính là sự sai khác giữa chiều dày răng và
chiều rộng rãnh răng đo trên vòng tròn chia.


2. Các khái niệm cơ bản


2. Các khái niệm cơ bản

Góc vào
khớp

Góc ra
khớp


3. Định lý cơ bản về ăn khớp
Nguyên lý truyền động và ăn khớp liên hợp
Khi một cặp bánh răng ăn khớp, chuyển động quay truyền từ trục dẫn
tới trục bị dẫn. Nếu một cặp biên dạng răng được thiết kế với tỷ số
truyền không đổi được duy trì trong suốt quá trình ăn khớp, cặp bánh
răng đó là ăn khớp liên hợp (conjugate action) và biên dạng răng là
đường cong liên hợp (conjugate curves)


3. Định lý cơ bản về ăn khớp
Quan hệ vận tốc giữa điểm Q thuộc khâu 2 và Q
thuộc khâu 3 trùng nhau tại thời điểm khảo sát:


  
V Q 3  V Q 2  V Q 3/ 2

O2Q

O3Q

O3
n

nn or //TT

VQn

Chiếu lên phương pháp tuyến nn
 
VQn3  VQn2  3.O3Q cos   2 .O2Q.cos 
3.O3Q

O3 N
OM
 2 .O2Q. 2
O3Q
O2Q

3.O3Q

O3 N
OM
 2 .O2Q. 2

O3Q
O2Q

VQ 3/2

VQ 2

VQ 3

n

 2 O3 N
OP
cố fixed
định

 3  const  P is
3 O 2 M O 2 P

O2


3. Định lý cơ bản về ăn khớp
2 O3 P r3

  const  P iscốfixed
P is called
point
địnhand
và được

gọi là the
tâmpitch
ăn khớp
3 O2 P r2

Định luật về sự ăn khớp:
Pháp tuyến chung tại điểm tiếp xúc giữa một cặp răng phải luôn đi qua
tâm ăn khớp tại mọi vị trí trong quá trình ăn khớp.

P

Đường
ăn khớp
(pháp
tuyến
chung)


4. Đặc điểm của đường thân khai
 Biên dạng răng
Để tạo ra sự ăn khớp liên hợp (tỷ số truyền không đổi), một số biên
dạng răng được sử dụng:
• Biên dạng thân khai (được sử dụng rộng rãi)
• Biên dạng cycloid (thường được sử dụng trong đồng hồ )
• Biên dạng Epi-cycloidal
• Biên dạng Hypocycloidal


4. Đặc điểm của đường thân khai
 Đường thân khai: là quỹ tích của một điểm bất kỳ nằm trên một

đường thẳng khi đường thẳng này lăn không trượt trên một vòng tròn.
Vòng tròn đó được gọi là vòng tròn cơ sở.

Vòng tròn
sở
Đường
thâncơ
khai

Hình trụ cơ sở

Đường thân khai

Đường thân
khai


4. Đặc điểm của đường thân khai
 Đặc điểm của đường thân khai:
• Tiếp tuyến của vòng tròn cơ sở chính là pháp tuyến của đường thân
khai
• Tâm cong của đường thân khai là tiếp điểm (T) của đường thẳng l
với vòng tròn cơ sở.



T

O


l (line)

rb
Involute curve

Base circle


4. Đặc điểm của đường thân khai
rb3

Cặp biên dạng
thân khai

 Biên dạng thân khai thỏa
mãn định lý ăn khớp:
2 rb 3
định

 const  P iscốfixed
3 rb 2
- Khi thay đổi khoảng cách
trục trong quá trình lắp ráp
không làm ảnh hưởng đến
biên dạng của đường thân
khai và tâm ăn khớp thì
vẫn cố định.

T


P

Tâm ăn khớp P
Vòng tròn cơ sở

rb2


5. Tính lắp lẫn của bánh răng; tiêu chuẩn AGMA
Hệ thống bánh răng được tiêu chuẩn (AGMA,ANSI) chỉ rõ quan hệ
giữa vòng đỉnh, vòng chân, chiều cao làm việc của răng, chiều dày
răng và góc áp lực để tạo ra khả năng lắp lẫn của bánh răng có số răng
khác nhau nhưng có góc áp lực và bước răng giống nhau.


5. Tính lắp lẫn của bánh răng; tiêu chuẩn AGMA


5. Tính lắp lẫn của bánh răng; tiêu chuẩn AGMA
Tooth Sizes in General Uses