BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

MAI THÀNH NHÂN

NGHIÊN CỨU GIA CÔNG
BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG TRÊN TRUNG TÂM
GIA CÔNG CNC 3 TRỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHÁNH HÒA - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

MAI THÀNH NHÂN

NGHIÊN CỨU GIA CÔNG
BÁNH RĂNG CÔN RĂNG CONG TRÊN TRUNG TÂM
GIA CÔNG CNC 3 TRỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngành:
Mã số:
Quyết định giao đề tài:
Quyết định thành lập HĐ:
Ngày bảo vệ:
Người hướng dẫn khoa học

TS. NGUYỄN VĂN TƯỜNG
Chủ tịch Hội đồng:

Kỹ thuật cơ khí
60520103

Khoa Sau đại học:

KHÁNH HÒA - 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Nghiên cứu gia công bánh răng côn
răng cong trên trung tâm gia công CNC 3 trục” là công trình nghiên cứu của cá nhân
tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Tường và chưa từng được công bố trong
bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này. Nếu vi phạm bản quyền
của tác giả nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.
Nha Trang, ngày…. tháng …. năm 2015
Tác giả luận văn

Mai Thành Nhân

iii


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ
trợ, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu
học tập ở trường Đại học Nha Trang đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm,
giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.

Đầu tiên, với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy, Cô ở
Trường Đại học Nha Trang với tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức
quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Và đặc biệt, trong suốt
thời gian thực hiện luận văn, Bộ môn Chế tạo máy đã kiểm tra tiến độ và tổ chức
những buổi sinh hoạt học thuật, có thêm lời góp ý hay cho chúng em.
Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến 3 cá nhân sau:
 TS. Nguyễn Văn Tường – Trưởng Khoa Cơ Khí
 Anh Huỳnh Ngọc Chiên – cán bộ hướng dẫn thực hành
 Anh Đỗ Thế Cường – cựu nhân viên FPT
Nếu không có lời hướng dẫn tận tình của thầy Tường, sự giúp đỡ vận hành máy
của anh Chiên, tài liệu của anh Cường thì em sẽ rất khó khăn có thể hoàn thiện luận
văn này.
Ngoài ra, em cũng gửi lời cảm ơn đến các cá nhân sau:
 Thầy Phạm Bá Khiên – giảng viên trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật
 Nguyễn Xuân Luân – cựu sinh viên trường Đại học Nha Trang
 Nguyễn Hữu Trưởng – cựu sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật
tp HCM
 Thợ máy Tòng – chủ cửa hàng cơ khí Thanh Tòng - Thị Trấn Vạn Giã
Sự giúp đỡ dù ít hay nhiều nhưng đã xuất hiện đúng lúc, tạo thuận lợi trong lúc
thực hiện đề tài.

iv


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ iii
LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................................iv
MỤC LỤC ......................................................................................................................v
DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT........................................................................ viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................................ix

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................................x
TRÍCH YẾU LUẬN VĂN.......................................................................................... xii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................3
1.1. Giới thiệu chung .......................................................................................................3
1.1.1. Đặc điểm BRCRC .................................................................................................3
1.1.2. Ưu nhược điểm của BRCRC .................................................................................4
1.1.2.1. Ưu điểm ..............................................................................................................4
1.1.2.2. Nhược điểm ........................................................................................................4
1.2. Tình hình nghiên cứu đối với BRCRC .....................................................................4
1.3. Mục tiêu, phương pháp, nội dung và giới hạn nghiên cứu .......................................5
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu ..............................................................................................5
1.3.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................5
1.3.3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................5
1.3.4. Giới hạn nghiên cứu ..............................................................................................6
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BRCRC ...............................................................................7
2.1. Mở đầu......................................................................................................................7
2.2. Các hệ BRCRC.........................................................................................................7
2.2.1. Phân loại ................................................................................................................7
2.2.2. Nguyên lý tạo hình BRCRC ..................................................................................8
2.2.2.1. Đối với hệ Gleason ............................................................................................8
2.2.2.2. Đối với hệ Klingelnberg ....................................................................................9
2.2.2.3. Đối với hệ Oerlicon .........................................................................................10
v


2.2.3. Ưu nhược điểm của từng hệ BRCRC...............................................................11
2.3. Thông số hình học của BRCRC .............................................................................12
2.3.1. Số răng bánh răng nhỏ và lớn ..............................................................................12
2.3.2. Môđun .................................................................................................................13

2.3.3. Góc xoắn (nghiêng) .............................................................................................14
2.3.4. Hướng răng ..........................................................................................................15
2.3.5. Prôfin gốc, bước răng và dạng răng chiều trục ...................................................15
2.3.6. Góc áp lực α.........................................................................................................17
2.3.7. Chiều rộng vành răng b .......................................................................................18
2.3.8. Bán kính cong Rc ................................................................................................18
2.4. Tính toán thông số hình học mẫu BRCRC ............................................................19
2.4.1. Giới thiệu mẫu bánh răng ....................................................................................19
2.4.2. Tính các thông số BRCRC ..................................................................................19
2.5. Mô hình hóa BRCRC .............................................................................................21
2.5.1. Tính các thông số hình học của phôi mẫu BRCRC .............................................21
2.5.2. Phương trình đường thân khai biên dạng răng ....................................................24
2.5.3. Các bước cơ bản xây dựng mô hình mẫu BRCRC trong Pro/ENGINEER
Wildfire 5.0.......................................................................................................25
2.5.3.1. Vẽ phôi bánh răng ............................................................................................26
2.5.3.2. Vẽ đường thân khai ..........................................................................................26
2.5.3.3. Tạo đường xoắn cung tròn................................................................................27
2.5.3.4. Tạo rãnh răng thứ nhất .....................................................................................27
2.5.3.5. Tạo các rãnh răng còn lại..................................................................................28
2.5.3.6. Tạo lỗ bánh răng ...............................................................................................29
CHƯƠNG 3. GIA CÔNG BRCRC ............................................................................30
3.1. Mở đầu....................................................................................................................30
3.2. Lập quy trình công nghệ gia công ..........................................................................31
3.2.1. Chọn phôi ............................................................................................................31
3.2.2. Phương án gia công các bề mặt ...........................................................................31
3.2.3. Thiết kế nguyên công ..........................................................................................32
3.2.4. Lập trình gia công ................................................................................................34
3.2.4.1. Giới thiệu ..........................................................................................................34
vi



3.2.4.2. Lập trình gia công các bề mặt...........................................................................35
3.2.5. Chương trình gia công .........................................................................................48
3.2.5.1 Kết quả chương trình gia công ..........................................................................48
3.2.5.2 Tối ưu hoá chương trình gia công .....................................................................49
3.3. Gia công thử ...........................................................................................................53
CHƯƠNG 4. KIỂM TRA MẪU BRCRC .................................................................58
4.1. Mở đầu....................................................................................................................58
4.2. Xây dựng mô hình CAD của mẫu bánh răng đã gia công ......................................60
4.2.1 Giới thiệu về kỹ thuật ngược (Reverse Engineering) ..........................................60
4.2.2. Giới thiệu máy quét ATOS 2M ...........................................................................61
4.2.3. Quy trinh tạo mô CAD bánh răng đã gia công ....................................................62
4.3. Kiểm tra các sai số bánh răng trong môi trường CAD ...........................................64
4.3.1. Kiểm tra sai số prôfin răng ..................................................................................64
4.3.2. Sai số đường xoắn: ..............................................................................................66
4.3.3. Sai số bước răng ..................................................................................................69
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .............................................................................74
Kết luận .........................................................................................................................74
Khuyến nghị ..................................................................................................................74

vii


DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT
BRCRC

BRCRC

CAD


Computed Aided Design

CAM

Computer aided manufacturing

CNC

Computer Numerical Control

NC

Nguyên công

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

GOST

Tiêu chuẩn của Liên Xô (cũ)

SSM

Sculptured Surface Machining

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Bảng số răng nhỏ nhất cho phép của truyền động bánh răng côn trực giao,
răng cong có prôfin gốc theo GOST 16202-70 ............................................................12
Bảng 2.2. Thông số môđun thường gặp cặp BRCRC ...................................................13
Bảng 2.3. Hướng răng và hướng quay của BRCRC .....................................................15
Bảng 2.4. Tổng hợp các thông số của mẫu BRCRC hệ Gleason (cung tròn) dạng I ....22
Bảng 3.1. Các thông số của mác thép C45 ...................................................................31
Bảng 3.2. Trình tự gia công các bề mặt .........................................................................32
Bảng 3.3. Các bước gia công .........................................................................................33
Bảng 3.4. Các bước gia công (tiếp theo) .......................................................................34
Bảng 3.5. Bảng so sánh các kiểu quét dao của phay Volume .......................................40
Bảng 3.6. Bảng so sánh các kiểu quét dao của phay Pocketing ....................................41
Bảng 3.7. Một số thông số công nghệ dùng phay tinh bề mặt 4 ...................................43
Bảng 3.8. Một số thông số công nghệ dùng phay tinh rãnh răng ..................................44
Bảng 3.9. Một số thông số công nghệ dùng phay tinh bề mặt 6 ...................................47
Bảng 3.10. Các thông số kỹ thuật của trung tâm gia công Bridgeport VMC 2216 XV 54
Bảng 4.1. Các thông số kỹ thuật máy quét Atos 2M .....................................................62
Bảng 4.2. Khoảng sai lệch của prôfin răng (mm) .........................................................66
Bảng 4.3. Khoảng sai lệch của đường xoắn ..................................................................68
Bảng 4.4. Sai lệch bước răng (đo ảo) ............................................................................70
Bảng 4.5. Khoảng sai lệch của bước răng (đo thực) .....................................................72

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Các hệ BRCRC ...............................................................................................8
Hình 2.2. Nguyên lý tạo hình BRCRC hệ Gleason ........................................................8
Hình 2.3. Nguyên lý tạo hình BRCRC hệ Klingelnberg ................................................9
Hình 2.4. Nguyên lý tạo hình BRCRC hệ Oerlicon .....................................................10
Hình 2.5. Minh họa góc xoắn ........................................................................................14

Hình 2.6. Prôfin gốc của BRCRC (GOST 16202- 70) .................................................16
Hình 2.7. Dạng răng dọc I: 1- côn chia; 2-côn đáy ......................................................16
Hình 2.8. Dạng răng dọc II ............................................................................................16
Hình 2.9. Dạng răng dọc III: 1- côn chia; 2- côn đáy; 3- côn đỉnh ..............................17
Hình 2.10. Minh họa góc áp lực ...................................................................................17
Hình 2.11. Minh họa bán kính cong .............................................................................18
Hình 2.12. Mẫu bánh răng gia công trên thực tế ...........................................................19
Hình 2.13. Thông số hình học để vẽ phôi bánh răng.....................................................23
Hình 2.14. Cơ sở hình thành đường thân khai .............................................................24
Hình 2.15. Thông số đường thân khai ..........................................................................25
Hình 2.16. Phôi bánh răng .............................................................................................26
Hình 2.17. Đường thân khai hoàn thành .......................................................................27
Hình 2.18. Đường xoắn cung tròn .................................................................................27
Hình 2.19. Thiết diện cắt và các quỹ đạo cắt.................................................................28
Hình 2.20. Kết quả vẽ răng thứ nhất .............................................................................28
Hình 2.21. Tạo các rãnh răng còn lại.............................................................................29
Hình 2.22. Mô hình CAD mẫu BRCRC ........................................................................29
Hình 3.1. Bảng vẽ đánh số bề mặt .................................................................................32
Hình 3.2. Các kiểu chạy dao trong phay Volume cho bước 1.......................................35
Hình 3.3. Mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 1 ....................................36
Hình 3.4. Các kiểu chạy dao trong phay Volume cho bước 2.......................................37
Hình 3.5. Mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 2 ....................................38
Hình 3.6. Mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 3 ....................................39
Hình 3.7. Mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 4 ....................................42
Hình 3.8. Mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 5 ....................................43
Hình 3.9. Đường chạy dao theo đường xoắn cung tròn ................................................44
x


Hình 3.10. Mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 6 ..................................45

Hình 3.11. Kết quả mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 7 .....................46
Hình 3.12. Kết quả mô phỏng chạy dao và mô phỏng gia công - bước 8 .....................47
Hình 3.13. Mô tả nguyên tắc tối ưu của Vericut ..........................................................50
Hình 3.14. Trung tâm gia công CNC 3 trục Bridgeport VMC 2216 XV ......................54
Hình 3.15. Gá phôi trên ê-tô ..........................................................................................55
Hình 3.16. Quá trình phay và kết quả phay dao ngón 18 mm, bước 1&2.....................55
Hình 3.17. Quá trình phay và kết quả phay thô rãnh răng – bước 3&4 ........................56
Hình 3.18. Quá trình gia công & hoàn thành phay tinh rãnh răng bước 5&6 ...............56
Hình 3.19. Quá trình gia công & hoàn thành bước 7 & 8 .............................................56
Hình 4.1. Máy quét Atos 2M .........................................................................................61
Hình 4.2. Quá trình quét ................................................................................................62
Hình 4.3. Mô hình từ file STL của mẫu BRCRC ..........................................................63
Hình 4.4. Mô hình CAD BRCRC trong Geomagic Studio ...........................................63
Hình 4.5. Lắp hai mô hình CAD của bánh răng trong môi trường lắp ráp ..................64
Hình 4.6. Sai số prôfin răng...........................................................................................65
Hình 4.7. Các điểm chia trên đường thân khai ..............................................................65
Hình 4.8. Biểu đồ sai số Prôfin thân khai ......................................................................66
Hình 4.9. Sai số của đường xoắn ...................................................................................67
Hình 4.10. Các điểm chia trên đường xoắn ...................................................................68
Hình 4.11. Biểu đồ sai số đường xoắn ..........................................................................69
Hình 4.12. Sai số bước răng ..........................................................................................69
Hình 4.13. Điểm đo bước răng ......................................................................................70
Hình 4.14. Biểu đồ sai số bước răng (đo ảo) .................................................................71
Hình 4.15. Quá trình đo BRCRC...................................................................................72
Hình 4.16. Biểu đồ sai số bước răng (đo thực) ..............................................................73

xi


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Chủ đề nghiên cứu của luận văn là phương pháp gia công BRCRC trên trung tâm
gia công CNC 3 trục, với mục tiêu hướng đến quy trình gia công bánh răng bề mặt
răng côn răng cong trên trung tâm gia công CNC 3 trục, áp dụng cho sản xuất hàng
đơn chiếc phù hợp việc thay thế với mục đích sửa chữa.
Như vậy để áp ứng được yêu cầu thì cần kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý
thuyết và nghiên cứu thực nghiệm. Từ cơ sở lý thuyết sẽ được phân tích để rút ra kết
luận mới chính là phương pháp gia công trên trung tâm gia công CNC 3 trục. Bánh
răng được gia công tại phòng thí nghiệm và được kiểm tra theo tiêu chuẩn, rút ra kết
luận.
Các kết quả nghiên cứu đã đạt được của luận văn là mô hình hóa, chương trình
gia công và mẫu được gia công với chất lượng hiệu quả. Bên cạnh đó, do thời gian
thực hiện không nhiều cũng như hạn chế về thiết bị nên chưa tìm hiểu được quá trình
ăn khớp khi quay của BRCRC.
Tuy nhiên kết luận quan trọng nhất được rút ra là BRCRC hoàn toàn có thể gia
công được trên trung tâm gia công CNC 3 trục với các công cụ kèm theo rất thông
dụng, không cần tay nghề cao.
Từ khóa: Bánh răng côn răng cong (BRCRC), trung tâm gia công.

xii


MỞ ĐẦU
Bánh răng là cơ cấu rất phổ biến trên các thiết bị và trong các bộ phận truyền
động cơ khí. Truyền động bánh răng được dùng rất rộng rãi bởi vì chúng có những ưu
điểm như khả năng truyền lực lớn, đảm bảo tỷ số truyền ổn định, hệ số có ích lớn và
truyền động êm. Trong số các loại bánh răng, BRCRC (BRCRC) là loại phức tạp nhất
và được sử dụng để truyền chuyển động quay giữa các trục nằm trong cùng một mặt
phẳng nhưng có đường tâm chéo nhau.
Do tính phức tạp và độc đáo rất riêng biệt của BRCRC nên chúng đã được sản
xuất bởi một loại máy công cụ chuyên dùng. Việc sử dụng thiết bị chuyên dùng có

phép đạt năng suất cao nhưng máy móc và dụng cụ cắt chuyên dùng khá đắt tiền, việc
trang bị thiết bị nhưng không sử dụng hết năng suất, sẽ gây lãng phí lớn. Hiện nay,
BRCRC có thể được gia công trên trung tâm gia công. Đối với khả năng công nghệ
của trung tâm gia công 5 trục thì không khó để tiến hành gia công tất cả các dạng bánh
răng côn xoắn. Đầu dao chỉ cần nghiêng góc theo rãnh răng và đường chạy dao theo
biên dạng prôfile của rãnh răng.
Thay vì gia công BRCRC trên máy công cụ chuyên dùng hoặc trên trung tâm gia
công 5 trục thì có thể gia công trên trung tâm gia công 3 trục. Về năng suất, việc gia
công trên trung tâm gia công rõ ràng là thấp hơn so với máy chuyên dùng. Tuy nhiên,
phương pháp gia công BRCRC trên trung tâm gia công sẽ có thuận lợi ở các khía cạnh
sau đây:
 Phương pháp truyền thống đòi hỏi vốn đầu tư lớn cho việc đầu tư máy và dụng
cụ chuyên dùng, chỉ thích hợp cho sản xuất hàng loạt.
 Theo phương pháp này, có thể sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ.
 Trường hợp đặt biệt, khi gia công bánh răng "khổng lồ" có đường kính khoảng
trên 1000 mm, có thể được gia công bằng phương pháp này, không thể được
thực hiện được bởi các máy thiết bị công cụ chuyên dụng khác. (1)
Hiện nay một số đề tài cấp bộ, nhà nước đều tập trung vào nghiên cứu khảo sát,
thiết kế, tính toàn, chế tạo BRCRC sử dụng trong công nghiệp theo phương pháp
truyền thống, thuộc dạng sản xuất hàng loạt. Nhưng BRCRC là những chi tiết dùng
phổ biến để truyền chuyển động, với điều kiện làm việc của chúng thì yêu cầu của sửa
1


chữa thay thế khi bị hỏng là điều hiển nhiên. Phần lớn, cách giải quyết khi xảy ra sự cố
thường là mua ngoài để lắp vào nhưng thị trường chỉ cung cấp những mẫu thông dụng
không đáp ứng nhu cầu khách quan. Phương án tiếp theo là đặt hàng cho công ty chế
tạo đúng mẫu và tốn thời gian chờ đợi. Như vậy rõ ràng cần một phương pháp gia
công BRCRC mới mang tính phổ biến cao để giải quyết vấn đề sửa chữa đơn chiếc
trên. Do đó đề tài này sẽ giải quyết được tình trạng đã nêu.

Luận văn được cấu trúc như sau:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Thiết kế BRCRC.
Chương 3: Gia công BRCRC.
Chương 4: Kiểm tra mẫu BRCRC
Kết luận và khuyến nghị.
Luận văn được thực hiện trong khoảng thời gian gần 9 tháng. Bước đầu đi vào
thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của
em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót,
em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp thiết thực của quý Thầy, Cô và các
bạn học để luận văn của em được hoàn thiện hơn.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Đặc điểm BRCRC
BRCRC là loại chi tiết máy cơ khí có kết cấu phức tạp, tính toán thiết kế nhiều
thông số, có quy trình công nghệ gia công cơ khí không đơn giản, cần gia công
trên các máy chuyên dùng có độ chính xác cao. Tuy nhiên nó vẫn được sử dụng rộng
rãi trong các thiết bị máy móc thuộc các lĩnh vực khác nhau như thiết bị khai thác
mỏ, thiết bị công nghiệp nhẹ, thiết bị công nghiệp nặng, thiết bị quân sự, giao thông
vận tải (ôtô, máy kéo, tàu thuỷ).
Ưu điểm của bộ truyền động BRCRC là: khả năng tải lớn, độ bền và tuổi thọ
cao, làm việc êm ngay cả ở tỷ số truyền động lớn, đảm bảo truyền động với tỷ số
truyền chính xác, cho phép có sai số lớn trong lắp ráp, giảm kích thước của bộ truyền.

Hình 1.1. Ví dụ minh hoạ BRCRC


Nghiên cứu để thiết kế và chế tạo BRCRC là một vấn đề cần thiết lúc này,
đặc biệt hiện nay việc chế tạo BRCRC sẽ có một thị trường với tiềm năng lớn và sẽ
được phát triển khi công nghiệp sản xuất ô tô trong nước đang được hình thành và có
định hướng đi lên. Trước đây, việc đầu tư chiều sâu cho công nghiệp sản xuất bánh
răng, đặc biệt là gia công BRCRC còn bị hạn chế cả về nghiên cứu cũng như chế
tạo sản phẩm. Sản xuất BRCRC ở trong nước mới chỉ dừng lại ở mức sản xuất đơn
chiếc, mang tính chất chế tạo phụ tùng thay thế dựa trên các thế hệ máy cũ của Liên
xô (cũ) và Cộng hoà Dân chủ Đức trước đây (2). Không chỉ việc nghiên cứu chế tạo
mà tính toán thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo cũng chưa thực sự hoàn chỉnh,
đặc biệt còn chưa áp dụng các phần mềm chuyên dụng cho khâu tính toán, thiết kế,
3


điều chỉnh tự động theo chương trình máy cắt răng. Điều đó làm cho chất lượng sản
phẩm BRCRC thấp, giá thành cao và không đáp ứng được nhu cầu của sản xuất cũng
như thị trường đòi hỏi.
1.1.2. Ưu nhược điểm của BRCRC
1.1.2.1. Ưu điểm
- Có khả năng thực hiện được tỷ số truyền lớn trong một không gian tương
đối hẹp
- Truyền lực lớn, hệ số trùng khớp cao;
- Độ bền và tuổi thọ cao. Do có độ bền lớn, nên với cùng một công suất, có thể
giảm được kích thước và trọng lượng của bộ truyền;
- Độ mòn của bánh răng ít, sự mòn của cặp prôfin đối tiếp đồng đều;
- Ăn khớp êm, giảm độ ồn ngay cả khi có số vòng quay lớn và có khả năng
điều chỉnh vùng ăn khớp
- Độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ
1.1.2.2. Nhược điểm
- Lực chiều trục của truyền động lớn hơn so với truyền động bánh răng thẳng,
do đó gây mòn răng và khó khăn cho việc thiết kế ổ

- Tính toán thiết kế phức tạp hơn
- Thiết bị chế tạo bánh răng loại này đắt tiền.
1.2. Tình hình nghiên cứu đối với BRCRC
Hiện nay, trên thế giới người ta đã ứng dụng một số công nghệ mới, tiên tiến
trong thiết kế, gia công bánh răng như tính toán thiết kế bằng các phần mềm chuyên
dụng, gia công bánh răng trên máy CNC,... Đối với BRCRC, việc nghiên cứu thiết kế
và chế tạo tập trung một số hướng sau (2):
 Mô hình hoá và mô phỏng 3D các thông số hình học.
 Mô phỏng quá trình chế tạo 3D.
 Tối ưu hoá thiết kế dựa trên thuật toán di truyền học.
 Thiết kế và mô phỏng sai số truyền động hình học.
 Gia công trên trung tâm gia công.
 Mô phỏng tải trọng và động lực học
4


 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn nghiên cứu độ bền bánh răng.
Ở Việt Nam, một số cơ sở thiết kế và chế tạo BRCRC như: khoa Cơ Khí – Đại
Học Bách Khoa Hà Nội, xí nghiệp cơ khí Z29 – Bộ Quốc phòng, công ty cơ khí Hồng
Lĩnh – Hà Nội … Tại các nơi này, hiện trong quá trình nghiên cứu, tính toán thiết kế
và chế tạo BRCRC chưa thực sự hoàn chỉnh. Các thiết bị gia công, nhiệt luyện chưa
đầy đủ và đồng bộ, chưa có thiết bị kiểm tra đánh giá chất lượng. Vì vậy BRCRC được
chế tạo ra có độ chính xác chưa cao (2).
1.3. Mục tiêu, phương pháp, nội dung và giới hạn nghiên cứu
1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu đề tài xây dựng quy trình công nghệ gia công BRCRC trên
trung gia công CNC 3 trục. Để thực hiện mục tiêu này, cần thực hiện những công việc
sau:
 Xây dựng mô hình hóa BRCRC.
 Lập trình gia công BRCRC.

 Gia công BRCRC trên trung tâm gia công CNC 3 trục.
 Kiểm tra độ chính xác gia công BRCRC.
1.3.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài:
 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết bao gồm: tìm hiểu các thông số hình học
BRCRC, nguyên lý tạo hình các loại BRCRC, xây dựng mô hình CAD 3D của mẫu
BRCRC đã chọn, từ đó đưa ra quy trình gia công và lập trình gia công BRCRC, nghiên
cứu phương pháp kiểm tra mẫu BRCRC đã gia công.
 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: gồm gia công thử mẫu BRCRC trên
trung tâm gia công CNC 3 trục và kiểm tra mẫu BRCRC bằng cách áp dụng kỹ thuật
ngược và đo lường ảo.
1.3.3. Nội dung nghiên cứu
Từ mục tiêu nghiên cứu, nội dung đề tài tập trung vào việc nghiên cứu lý thuyết
hình thành bề mặt răng của BRCRC, từ đó xây dựng mô hình 3D của BRCRC một
cách chính xác. Từ mô hình CAD này, tiến hành lập trình gia công và xuất chương
5


trình gia công cho trung tâm gia công CNC 3 trục. Trong quá trình tiến hành lập trình
gia công có thực hiện tối ưu hóa cho quá trình gia công bề mặt rãnh răng. Quá trình
mô hình hoá và lập trình gia công được thực hiện bằng phần mềm Pro/ENGINEER
Wildfire. Mẫu BRCRC sẽ được gia công trên trung tâm gia công 3 trục. Để kiểm tra
độ chính xác gia công, mẫu bánh răng được số hoá nhờ kỹ thuật ngược và thực hiện so
sánh mô hình CAD gốc và mô hình CAD thu được từ chi tiết đã chế tạo.
1.3.4. Giới hạn nghiên cứu
Ở Việt Nam hiện nay, các BRCRC trong thiết bị trong công nghiệp chủ yếu
thuộc hệ Gleason (2). Do vậy, đề tài này chỉ đi sau nghiên cứu thiết kế và gia công
loại BRCRC hệ Gleason dạng đĩa có côn chia và côn đáy có đỉnh trùng nhau, có
hai trục vuông góc với nhau. Việc gia công BRCRC này được thực hiện trên trung
tâm gia công CNC 3 trục.


6


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BRCRC
2.1. Mở đầu
BRCRC là một chi tiết có nhiều tiêu chuẩn đặc biệt, để mô hình hóa nó cần tìm
hiểu nguyên lý tạo hình, các qui ước kích thước thông số hình học. Chỉ với 1 chi tiết
BRCRC thì có khoảng 70 các thông số khác nhau (3), phần lớn các thông số này đều
được công thức hóa bằng một số dữ liệu đầu vào.
Chi tiết BRCRC tương đối phức tạp, khó tạo mô hình. Các nghiên cứu về mô
hình hoá BRCRC thời gian gần đây chủ yếu xoay quanh mục đích phục vụ cho
phương pháp gia công truyền thống. Đơn giản nhất là tạo một file Excel với thuật toán
từ giá trị đầu vào cho ra các thông số điều chỉnh máy như: độ dịch chỉnh, độ mở đầu
dao, … (4). Phức tạp hơn là dùng kỹ thuật lập trình trong AutoCAD hoặc tạo một phần
mềm có thể tự động tạo một bản vẽ 2D (2); còn mô hình 3D BRCRC chỉ được xây
dựng theo phương pháp thủ công dùng để mô phỏng hình dáng chưa đúng các yêu cầu
kỹ thuật của bánh răng (Nguyễn Văn Yến). Các kỹ thuật trên chưa thể đáp ứng được
các đòi hỏi gia công chính xác trên các máy CNC.
Hiệu quả gia công CNC phụ thuộc rất lớn vào mô hình ban đầu dùng để lập trình
vì thế việc mô hình hóa dạng 3D BRCRC cần thực hiện đúng, tỉ mỉ dựa trên các yêu
cầu kỹ thuật của bánh răng. Trong nghiên cứu này, việc thiết kế chỉ dừng lại ở mức độ
xác định các thông số hình học và xây dựng mô hình 3D của một mẫu BRCRC để
phục vụ cho lập trình gia công. Việc mô hình hoá BRCRC sẽ được thực hiện nhờ sự
trợ giúp của phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire. Đây là một phần mềm CAD/CAM
mạnh, được sử dụng phổ biến ở Việt Nam.
2.2. Các hệ BRCRC
2.2.1. Phân loại
Việc phân loại BRCRC được căn cứ vào dạng đường xoắn của răng trong mặt
phẳng chia của bánh dẹt sinh, theo 3 dạng chính sau:

 Bánh răng có dạng cung tròn (hệ Gleason) của Mỹ (hình 2.1a). Loại này thường
có chiều cao răng thay đổi.

7


 Bánh răng có dạng xoắn theo chiều đường thân khai kéo dài (hệ Klingelnberg)
của Cộng hòa Liên bang Đức (hình 2.1b).
 Bánh răng có dạng răng xoắn theo đường Epicycloid kéo dài (hệ Oerlicon) của
Thụy Sĩ (hình 2.1c). Loại này thường có chiều cao răng không đổi.

a)

b)

c)

Hình 2.1. Các hệ BRCRC (5)
2.2.2. Nguyên lý tạo hình BRCRC
2.2.2.1. Đối với hệ Gleason
Gia công BRCRC hệ Gleason: được thực hiện trên máy Gleason bằng phương
pháp bao hình với đầu dao phay. Nguyên lý làm việc của máy dựa trên sự ăn khớp
(hay lăn) giữa bánh dẹt sinh với bánh răng gia công.

Hình 2.2. Nguyên lý tạo hình BRCRC hệ Gleason (6)

8


Khi gia công, đầu dao gồm nhiều dao có dạng hình thang được lắp trên một vòng

tròn, thường được bố trí một lưỡi cắt phía ngoài, một lưỡi cắt trong liên tiếp nhau. Các
lưỡi vắt đóng vai trò một răng của bánh dẹt sinh ở vị trí cắt.
Chi tiết được lắp trên trục chính máy và đỉnh nón chia của chi tiết được gá đặt
trùng với đỉnh của bánh dẹt sinh.
Chuyển động quay của đầu dao và số dao trên đó không bị ràng buộc bởi một tỷ
số truyền nào cả mà chỉ phụ thuộc vào các yếu tố cắt gọt.
Trước lúc bắt đầu làm việc, vật được dịch chuyển hướng kính để lấy chiều sâu
rãnh răng. Ngoài chuyển động quay quanh trục của mình để tạo vận tốc cắt, đầu dao
còn được quay cùng với đĩa gá thực hiện chuyển động ăn khớp của bánh dẹt sinh với
chi tiết gia công. Mặt phẳng đầu răng của dao phải tiếp xúc với mặt nón chân răng của
chi tiết và lăn không trượt trên nhau, cho nên giữa chuyển động lắc lư của đầu mày
(chuyển động ăn khớp của bánh dẹt sinh) với chuyển động của chi tiết phải thỏa mãn
tỷ số truyền thích hợp (6).
Dạng răng cung tròn là loại bánh răng côn duy nhất có thể tiến hành mài biên
dạng được. Nguyên lý gia công khi mài cũng giống như khi cắt răng.
2.2.2.2. Đối với hệ Klingelnberg
Gia công BRCRC dạng epixicloid: được tiến hành trên máy Oelikon với năng
suất cao vì kết cấu máy và đầu dao cho phép gia công liên tục và đồng thời trên tất cả
các răng bằng sự lăn của dao và chi tiết gia công như phay lăn răng bánh răng trụ.

Hình 2.3. Nguyên lý tạo hình BRCRC hệ Klingelnberg (6)

9


Vì đường epixicloid là đường được tạo nên từ một điểm trên một vòng tròn lăn
không trượt trên một đường cong, do đó để gia công răng có dạng đường epixicloid thì
việc gá đặt giống như gia công răng dạng cung tròn chỉ khác ở việc bố trí các lưỡi cắt
trên đầu dao quay.
Các lưỡi cắt được bố trí trên đầu dao (là một đĩa phẳng) theo dạng đường

Archimede, ứng với một đường Archimede là một dao (từ 3 ÷ 5 lưỡi cắt) tạo thành
một răng thanh răng. Có thể dùng một dãy dao hoặc nhiều dãy dao (thường từ 2 ÷ 9
dãy).
Khi gia công, dụng cụ cắt và bánh răng gia công phải thực hiện sự ăn khớp của
bánh răng con với bánh dẹt sinh tưởng tượng. Bánh dẹt sinh được thay bằng đĩa gá
quay với tốc độ nd mà trên đó có đặt đầu dao phay quay với tốc độ v với tâm quay lệch
so với tâm của đĩa gá (6).
Prôfin răng của bánh dẹt sinh chính là prôfin răng dao, nó có dạng hình thang và
mặt bên của răng tạo ra đường epixicloid kéo dài.
Góc của côn chia cũng tương tự như góc côn của chân răng và đỉnh răng, có
nghĩa là với phương pháp này sẽ tạo ra răng có chiều cao không đổi.
Trong quá trình gia công, ngoài chuyển động ăn khớp, đầu dao không quay độc
lập như khi cắt răng dạng cung tròn mà có mối liên hệ với chuyển động quay của bánh
răng gia công qua xích phân độ.
2.2.2.3. Đối với hệ Oerlicon
Gia công BRCRC dạng thân khai: được thực hiện trên máy Klingelberg bằng một
dao phay lăn đặc biệt.

Hình 2.4. Nguyên lý tạo hình BRCRC hệ Oerlicon (6)
10


Dao phay lăn có dạng côn, răng của dao được phân bố trên đường xoắn vít côn
mà bước của nó trên đường côn chia là không đổi. Rãnh thoát phoi tạo nên mặt trước
của dao, mặt bên và đỉnh răng được mài tạo thành góc sau khi dao phay lăn trục vít.
Tuy bước của dao không đổi nhưng góc nâng của ren lại thay đổi, do đó mặt gia
công không có biên dạng thân khai suốt cả chiều dài bánh răng mà biên dạng thực tế
có dạng paloid. Vì thế, loại bánh răng này còn được gọi là bánh răng côn paloid.
Phương pháp này dựa trên nguyên lý ăn khớp của dụng cụ và bánh dẹt sinh tưởng
tượng mà bánh này tạo nên với đĩa gá lắc lư của máy.

Dao được giá trên đĩa gá mà trục quay của nó trùng với trục quay của bánh dẹt
sinh. Trục của bánh răng gia công và bánh dẹt sinh tưởng tượng cắt nhau trong mặt
phẳng chia của bánh dẹt sinh. Đường sinh nón chia của dao nằm trên mặt phẳng chia
của bánh dẹt sinh. Dao lăn trên bánh dẹt sinh và thực hiện thêm chuyển động quay
cùng đĩa gá xung quanh trục của nó (6).
Để lưỡi cắt tạo nên hình bao lên bánh răng gia công, giá mang đầu dao còn phải
mang chuyển động quay chậm từ vị trí bắt đầu đến vị trí kết thúc với một góc quay gọi
là góc bao hình.
Với mỗi trị số môđun pháp tuyến và với mỗi góc ăn khớp, khi gia công cần có
một dao phay riêng. Như vậy, khi gia công một cặp bánh răng côn răng thân khai ăn
khớp với nhau cần phải có hai dao, một dao xoắn phải để cắt bánh răng xoắn trái và
một dao xoắn trái để cắt bánh răng xoắn phải.
Răng của bộ truyền được sản xuất có chiều dày bằng nhau, gia công liên tục.
2.2.3. Ưu nhược điểm của từng hệ BRCRC
Trong ba hệ BRCRC kể trên, bánh răng hệ Klingelnberg, Oerlikon có
ưu điểm độ chính xác cao, cho phép làm việc ở tốc độ lớn và độ ồn thấp hơn so với
bánh răng hệ Gleason. Nhưng nhược điểm của hai hệ bánh răng này là: máy và dụng
cụ gia công rất phức tạp, năng suất gia công thấp, giá thành sản phẩm cao và khó
ứng dụng công nghệ cao trong điều khiển máy gia công(2).
Đối với hệ BRCRC Gleason: chế tạo máy và dụng cụ gia công sẽ đơn giản
hơn và có năng suất gia công cao hơn hẳn so với hai hệ trên. Trước đây các nước
phương Tây thường dùng dạng răng Klingelnberg, Oerlikon phục vụ cho công
11


nghiệp ôtô. Ngày nay bằng sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật đã cho phép
chúng ta ứng dụng công nghệ CAD/CAM/CNC trong lĩnh vực gia công bánh răng.
Điều này cho tạo điều kiện để có thể cải thiện một bước đáng kể chất lượng của
sản phẩm, từ đó có thể ứng dụng BRCRC hệ Gleason trong mọi loại thiết bị có
yêu cầu độ chính xác cao, khả năng tải lớn, độ ồn thấp. Trong khi giá thành của

sản phẩm BRCRC hệ Gleason lại rẻ hơn rất nhiều so với hai loại trên (2). Trong
nghiên cứu này, một BRCRC hệ Gleason sẽ được sử dụng cho việc xây dựng mô hình
cũng như lập trình gia công trên trung tâm gia công CNC 3 trục. Từ đây, thuật ngữ
BRCRC được sử dụng trong luận văn này là BRCRC hệ Gleason.
2.3. Thông số hình học của BRCRC
2.3.1. Số răng bánh răng nhỏ và lớn
Số răng cùng với môđun bánh răng là 2 thông số quan trọng nhất, quyết định đến
tỉ số truyền của bộ truyền động, đường kính bánh răng và mọi thông số khác. Tùy theo
yêu cầu làm việc của bộ truyền mà có phương pháp chọn số răng có phù hợp, thông
thường số răng bánh lớn được xác định dựa vào đường kính lớn nhất của phôi.
Để xác định số răng bánh nhỏ thì dựa vào tỷ số truyền và các bảng tra, đồ thị.
Bảng 2.1. Bảng số răng nhỏ nhất cho phép của truyền động bánh răng côn
trực giao, răng cong có prôfin gốc theo GOST 16202-70 (3)
Số răng bánh Số răng nhỏ nhất của Số răng bánh Số răng nhỏ nhất của bánh
răng nhỏ, Z1
bánh răng lớn, Z2
răng nhỏ, Z1
răng lớn, Z2
0
6
34 khi βn ≥ 42
12
30 khi βn = 0 ÷ 150
28 khi βn ≥ 200
26 khi 290 < βn ≥ 450
7
33 khi βn ≥ 400
13
26 khi βn = 0 ÷ 150
25 khi 150 < βn ≥ 290

26 khi 290 < βn ≥ 450
8
32 khi βn ≥ 380 14
20 khi βn = 0 ÷ 450
31 khi βn ≥ 350
9
31 khi βn ≥ 350
15
19 khi βn = 0 ÷ 450
10
11

32 khi βn ≥ 280
30 khi βn ≥ 320
30 khi βn ≥ 250
28 khi 290 < βn ≥ 450

16

18 khi βn = 0 ÷ 450

17

17 khi βn = 0 ÷ 450

12


2.3.2. Môđun
Môđun m (tính bằng mm) là tỷ số giữa bước răng pt và số π;

m = pt/π (7)

(2.1)

Trong tính toán BRCRC thường sử dụng môđun pháp mn ở giữa vành răng. Tuy
nhiên trong các bộ truyền giảm tốc tiêu chuẩn trong đó đường kính chia ngoài de2 đã
được tiêu chuẩn hoá, do đó cần xác định môđun mặt đầu (mút) ngoài mte = de2/Z2
mte = mn/cosβ và dùng môđun này trong các tính toán tiếp theo (3).
Dãy các trị số môđun mn được qui định trong TCVN 2257-77 và tương ứng
với các giá trị của mn và mte là chiều cao ngoài lớn nhất của răng he (GOST
11902-66) được giới thiệu trong bảng 2.2.
Khi mn < 2mm, thông số ban đầu để tính toán chỉ có thể là môđun pháp trung
bình.
Bảng 2.2. Thông số môđun thường gặp cặp BRCRC(2)
Các thông số của cặp BRCRC (mm)
Chiều cao ngoài
Môđun lớn nhất
lớn nhất của răng he Mặt mút ngoài, mte
Pháp, mn
3
0,80
3
1,0
4
1,25
5
1,5
6
2,0
7

2,25
8
2,5
9
4,0
3,0
10
4,5
3,5
13
5,0
4,0
16
6,0
5,0
20
8,0
6,0
24
10,0
8,0
30
13,0
10,0
36
16,0
12,0
45
20,0
16,0

60
26,0
20,0
70
30,0
25,0

13