LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các
số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng
quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách
trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa
từng được tác giả nào khác công bố.
Hà Nội, ngày 06 tháng 09 năm 2019
Hướng dẫn khoa học 1
Nghiên cứu sinh

GS.TS.Trần Văn Địch

Nguyễn Hồng Lĩnh

Hướng dẫn khoa học 2

PGS.TS.Tăng Huy

i


LỜI CẢM ƠN
Trân trọng cảm ơn các thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô giáo trong Bộ môn Công
nghệ chế tạo máy, Viện cơ khí, Phòng Đào tạo-Bộ phận đào tạo sau đại học và Trường
Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo những điều kiện tốt nhất để tác giả thực hiện luận
án. Đặc biệt, xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến các doanh nghiệp đã
giúp đỡ về thiết bị thí nghiệm và các chuyên gia trong các lĩnh vực liên quan đã đóng
góp những thông tin vô cùng quý báu và những ý kiến xác đáng, để tác giả có thể hoàn
thành nghiên cứu này.
Nghiên cứu sinh

Nguyễn Hồng Lĩnh

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................... I
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................II
MỤC LỤC ........................................................................................................... III
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... V
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... VII
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................... VIII
PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG
CÔN RĂNG THẲNG. .......................................................................................... 5
1.1. Vị trí truyền động bánh răng côn răng thẳng. ............................................... 5
1.2. Phân loại bánh răng côn răng thẳng. ............................................................ 6
1.3. Đặc trưng bánh răng côn răng thẳng có gờ chặn ......................................... 7
1.4. Các dạng truyền động. ................................................................................... 8
1.4. Các phương pháp gia công bánh răng côn răng thẳng. ................................ 9
1.4.1. Phương pháp định hình ............................................................................... 9
1.4.2. Phương pháp gia công theo dưỡng ............................................................. 9
1.4.3. Phương pháp bao hình .............................................................................. 10
1.4.4. Phương pháp gia công dập nóng .............................................................. 10
1.4.5. Phương pháp gia công bám biên dạng SSM. ............................................ 11
1.5. Thông số bộ truyền bánh răng côn răng thẳng............................................ 15
1.6. Dịch chỉnh bánh răng côn răng thẳng. ........................................................ 17
1.6.1. Hệ dịch chỉnh Glenson .............................................................................. 18
1.6.2. Hệ dịch chỉnh theo tiêu chuẩn BSS ........................................................... 18
1.6.3. Hệ dịch chỉnh Râynekơ (Bingram) ............................................................ 19

1.6.4 Hệ dịch chỉnh DIN: ................................................................................... 19
1.6.5 Hệ dịch chỉnh tiếp tuyến ............................................................................. 20
1.6.6 Hệ dịch chỉnh cao: ..................................................................................... 20
1.6.7. Hệ dịch chỉnh góc: .................................................................................... 21
1.7. Phương trình đường thân khai ..................................................................... 22
1.8. Tổng quan về tình hình nghiên cứu .............................................................. 23
Kết luận chương 1 .............................................................................................. 26
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BÁNH RĂNG CÔN
RĂNG THẰNG CÓ GỜ CHẶN VỚI THÔNG SỐ HÌNH HỌC VÀ VẾT TIẾP
XÚC..................................................................................................................... 27
2.1. Đánh giá chất lượng qua các thông số hình học. ........................................ 27
2.1.1. Thông số vĩ mô .......................................................................................... 27
2.1.2. Thông số vi mô .......................................................................................... 28
2.1.3. Kiểm tra BRCG trên máy ZE800 ............................................................. 32
2.2. Đánh giá chất lượng qua vết tiếp xúc .......................................................... 36
2.2.1. Cơ sở lý thuyết ăn khớp không gian .......................................................... 36
2.2.2. Sự hình hình thành vết tiếp xúc:................................................................ 38
iii


2.2.3. Yêu cầu kỹ thuật về vết tiếp xúc ................................................................ 39
2.2.4. Phương pháp kiểm tra vết tiếp xúc............................................................ 40
2.2.5. Ứng dụng Matlab để xây dựng vết tiếp xúc. ............................................. 40
2.2.6. Tinh chỉnh bề mặt để nâng cao tiếp xúc.................................................... 45
Kết luận chương 2 .............................................................................................. 48
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH
RĂNG CÔN RĂNG THẲNG CÓ GỜ CHẶN ................................................... 49
3.1. Tổng quan phần mềm ADP .......................................................................... 49
3.2. Xây dựng phần mềm. .................................................................................... 55
3.2.1. Xây dựng chương trình tính toán thiết kế dữ liệu 2D ............................... 55

3.2.2. Xây dựng chương trình tính toán thiết kế dữ liệu 3D ............................... 58
3.2.3. Tinh chỉnh bề mặt răng ............................................................................. 66
3.3. Đánh giá độ tin cậy của phần mềm ADP với Inventer và kisssoft. .............. 67
3.4. Ứng dụng kết quả dữ liệu của phần mềm để gia công BRCG. .................... 69
Kết luận chương 3 .............................................................................................. 73
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ TOÁN HỌC BẰNG THỰC
NGHIỆM GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CHẤT LƯỢNG ĐẶC TRƯNG ĐẦU RA
VÀ CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG BRCG TRÊN MÁY PHAY CNC
3 TRỤC. .............................................................................................................. 74
4.1. Cơ sở lý thuyết về tối ưu hóa đa mục tiêu [38] ............................................ 74
4.1.1. Các phương pháp thiết kế thí nghiệm ....................................................... 74
4.1.2. Các mô hình xấp xỉ nội suy ....................................................................... 78
4.1.3. Tối ưu hóa đa mục tiêu.............................................................................. 81
4.2. Tối ưu hóa các thông số công nghệ khi gia công BRCT trên máy phay CNC
3 trục............................................................................................................ 82
4.2.1. Mô tả bài toán ........................................................................................... 82
4.2.2. Quy trình thực hiện tối ưu hóa đa mục tiêu .............................................. 82
4.2.2. Phương pháp thực hiện ............................................................................. 83
4.2.3. Xây dựng mô hình xấp xỉ ........................................................................... 87
4.2.4. Tối ưu hóa bài toán. ................................................................................ 102
Kết luận chương 4 ............................................................................................ 103
KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 104
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 106
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............ 108
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 1
1. Kết quả chạy chương trình tối ưu ..................................................................... 1
2. Bảng số liệu đồ thị hình 4.24, 4.31, 4.38, và 4.45 ............................................ 2
3. Bảng dữ liệu tối ưu hóa ..................................................................................... 4
4. Hình ảnh sản phẩm BRCG Z11-16m8 ............................................................ 12


iv


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Zi, Z’
m, m’, m”

B
i12
L

i, ii, ei

, max

c
t, ti

0
Ci'
h’, h”, h
Dei, Dii, Di
D0i, Roi
iK, DiK
τ
Ln
nr
(X,Y,Z)
(, r)
i, j , k


a, b
Rd
z
S
bss
Ra, Rz
Si
Ffa, Fha, Fa
Ca, Caa, Caf
fp, Fp
fu, Fr
ffb, fHb, fb
RB
u,v
k1I, k1II
k2I, k2II


Số răng và số răng quy đổi của bánh răng côn răng thẳng
Modul danh nghĩa , modul tại tiết diện nhỏ nhất và modul tại tâm tiếp xúc
Góc áp lực
Chiều rộng bánh răng
Tỷ số truyền
Chiều dài đường sinh mặt nón lớn
Góc hợp trục
Góc côn chia, góc côn chân và góc côn đỉnh bánh răng
Góc chân răng
Góc đầu răng, góc đầu răng lớn nhất cho phép cắt lẹm
Lượng dịch chỉnh góc đầu răng

Khe hở hướng kính
Bước trên mặt đầu và bước trên vòng chia
Hệ số dịch chỉnh bánh răng
Hệ số chiều cao quy chuẩn
Hình chiếu chiều dài răng
Chiều cao đầu răng, chân răng và răng
Đường kính vòng đỉnh, vòng chân, vòng lăn
Đường kính và bán kính vòng cơ sở bánh răng
Góc và đường kính dịch chỉnh
Hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến
Chiều dài pháp tuyến chung của n răng
Số răng nằm trong khoảng đo Ln
Hệ trục tọa độ đề các
Hệ trục tọa độ cực
Vec tơ chỉ phương x, y, z
Chiều dài và chiểu rộng vai vát trụ răng
Bán kích dao cắt
Lượng dịch dao dọc
Lượng dịch dao theo biên dạng
Sai số lý thuyết
Đô nhám bề mặt
Độ dày răng trên vòng chia
Sai số hình dạng profile, sai số góc profile và sai số tổng profile
Profile tang trống, profile vát mép và profile chân răng
Sai số bước đơn và sai số tổng bước
Sai số răng đến răng và sai số runout
Sai số hình dạng lead, sai số góc lead và sai số tổng lead
Bán kính cơ sở tại mặt nón lớn
Thông số của phương trình bề mặt
Độ cong của mặt phẳng răng 1

Độ cong của mặt phẳng răng 2
Góc tạo bởi 2 vecto e1 và e2
v


Ae, Be
S
F
ff, fH, F
ff, fH, F
Fp, fu
Fr

bc, hc
be, he
nfi
Rfi
Sf
BRCT
BRCG
SSM
ADP
GMS
CNC
CAD

Hai trục của elip vết tiếp xúc
Tốc độ quay trục chính
Bước tiến dụng cụ
Sai số hình dạng, sai số góc, sai số tổng profile

Sai số hình dạng, sai số góc, sai số tổng lead
Sai số bước đơn, sai số bước tích lũy
Sai số runout
Biến dạng vật liệu tiếp xúc
Chiều rộng và chiều dài vết tiếp xúc
Chiều rộng và chiều dài tối đa vết tiếp xúc
Vec tơ pháp tuyến trên bánh i
Tọa độ điểm R trên bề mặt bánh răng i
Hệ tọa độ cố định
BRCT
BRCT có gờ chặn
Sculptured Surface Machining
Autogear Design Program
Gear measuring system
Computer Numerical Control
Computer Aided Design

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Công thức tính thông số bộ truyền BRCT ......................................................... 16
Bảng 1.2 Số răng nhỏ nhất tránh hiện tượng cắt lẹm ........................................................ 17
Bảng 1.3. Hệ số đầu răng K’ khi dịch chỉnh theo hệ Glenson ........................................... 18
Bảng 1.4: Giá trị dịch chiều cao đầu răng đối với m = 1 .................................................. 19
Bảng 1.5. Bảng tra số răng nhỏ nhất thực tế cho phép của bánh răng hình nón .............. 19
Bảng 1.6: Hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến τ dùng cho BRCT .................................................. 20
Bảng 2.1: Tỷ lệ phần trăm vết tiếp xúc của bánh răng côn theo JIS B1741. ..................... 40
Bảng 2.2. Thông số tọa độ cực điểm tiếp xúc ..................................................................... 44
Bảng 3.1. Tọa độ các điểm để xây dựng bản vẽ bánh răng có vai ..................................... 56

Bảng 3.2. Tọa độ các điểm để xây dựng bản vẽ bánh răng tiêu chuẩn.............................. 57
Bảng 3.4: Các thông số chính bộ truyền Z11,16-m8.......................................................... 67
Bảng 3.5. Giá trị tọa độ lý thuyết của các điểm trên profile răng. .................................... 69
Bảng 4.1. Số lượng thí nghiệm parameter study ................................................................ 75
Bảng 4.2. Thành phần thép 20XM ...................................................................................... 84
Bảng 4.3. Ma trận thực nghiệm .......................................................................................... 88
Bảng 4.4 Dữ liệu đo kiểm các điểm thí nghiệm.................................................................. 89
Bảng 4.5. Đánh gia độ tin cậy mô hình .............................................................................. 91

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân loại bánh răng dựa vào vị trí trục............................................................ 5
Hình 1.2. Các dạng bánh răng côn. ................................................................................. 5
Hình 1.3.Các loại BRCT với vị trí mặt chuẩn. ............................................................... 6
Hình 1.4.Các loại BRCT với vị trí mặt chuẩn lắp ghép đúng. ........................................ 6
Hình 1.5. Hình dạng vành răng của BRCT. .................................................................... 7
Hình 1.6. BRCT có gờ và không có gờ chặn. ................................................................. 7
Hình 1.7. Hiện tượng tróc rỗ bề mặt trên BRCG. ........................................................... 8
Hình 1.8. Các dạng truyền động BRCT . ........................................................................ 8
Hình 1.9. Phương pháp gia công định hình ..................................................................... 9
Hình1.10. Phương pháp gia công theo dưỡng. .............................................................. 10
Hình 1.11. Phương pháp gia công răng bao hình .......................................................... 10
Hình 1.12. Phương pháp dập nóng khuôn kín. .............................................................. 11
Hình 1.13. Gia công bám biên dạng BRCT ................................................................. 11
Hình 1.14. Mô tả quy trình gia công răng. .................................................................... 12
Hình 1.15. Lưu đồ quá trình tạo dữ liệu đầu vào .......................................................... 12
Hình 1.16. Các phương án hướng dịch chuyển dụng cụ ............................................... 13
Hình 1.17. Các phương án chia lượng dư...................................................................... 14

Hình 1.18. Các phương án dịch chuyển dụng cụ........................................................... 14
Hình 1.19. Sai lệch lý thuyết ......................................................................................... 15
Hình 1.20. Kích thước và góc BRCT ............................................................................ 15
Hình 1.21. Sự dịch chỉnh chiều cao răng....................................................................... 17
Hình 1.22. Đồ thị xác định góc dịch chỉnh  khi  = 900.............................................. 20
Hình 1.23. Đồ thị xác định dịch chỉnh  khi  = 900.................................................... 21
Hình 1.24. Tọa độ điểm trên đường thân khai............................................................... 22
Hình 1.24. Vị trí góc gama đỉnh. ................................................................................... 23
Hình 2.1. Độ dày răng ................................................................................................... 28
Hình 2.2. Sơ đồ kiểm tra sai lệch khoảng pháp tuyến chung ........................................ 28
Hình 2.3. Sơ đồ các lỗi vi mô và ảnh hưởng của chúng đến khả năng làm việc........... 29
Hình 2.4. Profile răng .................................................................................................... 29
Hình 2.5. Sai số hình dạng profile ................................................................................. 29
Hình 2.6. Sai lệch góc profile ........................................................................................ 30
Hình 2.7. Sai lệch tổng profile....................................................................................... 30
Hình 2.8. Tên gọi các vị trí răng .................................................................................... 31
Hình 2.9. Sai lệch hướng răng ....................................................................................... 31
Hình 2.10: Bước cơ sở bánh răng .................................................................................. 31
Hình 2.11. Sai số bước .................................................................................................. 32
Hình 2.12. Sai số bán kính runout ................................................................................. 32
Hình 2.13. Máy mài răng ZE800 ................................................................................... 33
Hình 2.14. Hiển thị kết quả đo trên máy ZE800 ........................................................... 33
Hình 2.15. Thiết lập dữ liệu đầu vào và cấp chính xác ................................................. 33
Hình 2.16. Trình tự đo sai số profile ............................................................................. 34
Hình 2.17. Trình tự đo sai số pitch ................................................................................ 34
Hình 2.18. Trình tự đo sai số lead ................................................................................. 34
viii


Hình 2.19. Vị trí đầu đo trong đo pitch ........................................................................ 35

Hình 2.20. Vị trí đầu đo trong đo profile ....................................................................... 35
Hình 2.21. Vị trí đầu đo trong đo lead ........................................................................... 36
Hình 2.22.Thông số bề mặt không gian. ....................................................................... 37
Hình 2.23. Tiếp xúc hình elip. ....................................................................................... 38
Hình 2.24: Vết tiếp xúc mong muốn. ............................................................................ 39
Hình 2.25. Kích thước vết tiếp xúc bánh răng côn. ....................................................... 39
Hình 2.26. Kiểm tra vết tiếp xúc theo bột màu ở các hãng Glenson và KHK .............. 40
Hình 2.27. Lưu đồ thuật toán xây dựng điểm tiếp xúc .................................................. 41
Hình 2.28. Mô tả xây dựng bề mặt răng ........................................................................ 41
Hình 2.29. Tọa độ điểm thuộc bề mặt răng ................................................................... 42
Hình 2.30. Biên dạng bộ truyền bánh răng trên Matlab ................................................ 42
Hình 2.31. Các hệ tọa độ gắn lên bộ truyền .................................................................. 43
Hình 2.32. Mô tả tiếp xúc của hai bề mặt răng ............................................................. 43
Hình 2.33. Mô tả tiếp xúc của hai bề mặt răng ............................................................. 45
Hình 2.34. Tinh chỉnh bề mặt răng thân khai ................................................................ 46
Hình 2.35. Tinh chỉnh theo phương .............................................................................. 46
Hình 2.36. Tinh chỉnh theo profile ................................................................................ 47
Hình 2.37. Giá trị dịch chỉnh profile ............................................................................. 47
Hình 3.1. Lưu đồ thuật toán và giao diện chính. ........................................................... 50
Hình 3.2. Kiểm tra tính đúng đắn dữ liệu đầu vào. ....................................................... 50
Hình 3.3. Giao diện nhập dữ liêu. ................................................................................. 51
Hình 3.4. Thông tin và gợi ý lựa chọn thông số. ........................................................... 51
Hình 3.5. Giao diện lựa chọn thông số kết cấu. ............................................................ 51
Hình 3.6. Giao diện lựa thông tin hiệu chỉnh bề mặt. ................................................... 52
Hình 3.7. Giao diện kết quả thông số thiết kế. .............................................................. 52
Hình 3.8 Kết quả bản vẽ 2D bánh răng chủ động ......................................................... 53
Hình 3.9. Kết quả bản vẽ 2D bánh răng bị động ........................................................... 54
Hình 3.10 Kết quả bản vẽ 3D ........................................................................................ 55
Hình 3.11. Giao diện dữ liệu Autolisp .......................................................................... 55
Hình 3.12. Kích thước và vị trí của BRCT . ................................................................. 55

Hình 3.13. Lưu đồ thuật toán thiết kế bản vẽ chi tiết 2D. ............................................. 56
Hình 3.14. Thứ tự thành lập bản vẽ ............................................................................... 57
Hình 3.15. Sai số trong biên dạng thân khai. ................................................................ 58
Hình 3.16. Sai lệch profile cực đại . .............................................................................. 59
Hình 3.17. Lưu đồ thuật toán xác định n khi Z.Cos() > Z -2,4 .................................. 61
Hình 3.18. Lưu đồ thuật toán xác định n khi Z.Cos()  Z -2,4 .................................. 62
Hình 3.19. Đồ thị so sánh sai lệch thiết kế .................................................................... 63
Hình 3.21. Lưu đồ thuật toán thiết kế mô hình 3D........................................................ 64
Hình 3.22. Hiện tượng không khít giao tuyến trong cộng khối. ................................... 64
Hình 3.23. Quá trình xây dựng mô hình 3D. ................................................................. 66
Hình 3.24.Mô hình 3D bánh răng Z16 trên ba phần mềm. ........................................... 68
Hình 3.25. Tọa độ điểm trên Profile răng. ................................................................... 688
Hình 3.26. Biểu đồ sai số profile răng. .......................................................................... 69
Hình 3.27 Sản phẩm bộ truyền BRCG Z16-11 m8…………………………………...69
Hình 3.28. Gá đặt khi gia công và đo kiểm bánh răng .................................................. 70
Hình 3.29. Xử lý dữ liệu NC ......................................................................................... 70
ix


Hình 3.30. Sai lệch profile ............................................................................................. 72
Hình 3.31. Sai lệch bước .............................................................................................. 72
Hình 3.32. Sai lệch lead ................................................................................................. 72
Hình 3.33. Kiểm tra vết tiếp xúc trên máy 5A725 ...................................................... 723
Hình 4.1. Mô tả quá trình thiết kế thí nghiệm ............................................................... 74
Hình 4.2. Minh họa DOE parameter study và DOE Full factorial ................................ 75
Hình 4.3. Minh họa DOE Box - Behnken ..................................................................... 76
Hình 4.4. Minh họa DOE Centra composite ................................................................. 77
Hình 4.5. Minh họa DOE Latin Hypercube .................................................................. 77
Hình 4.6. Minh họa DOE Optimal Latin Hypercube .................................................... 78
Hình 4.7. Minh họa mô hình nội suy từ dữ liệu điểm ................................................... 78

Hình 4.8. Mạng ANN có 2 lớp ẩn ................................................................................. 80
Hình 4.9. Quy trình thực hiện tối ưu hóa đa mục tiêu ................................................... 83
Hình 4.10. Mô tả các yếu tố đầu vào thực nghiệm ........................................................ 83
Hình 4.11. Sơ đồ thiết kế thí nghiệm............................................................................. 84
Hình 4.12. BRCT Z16m8 .............................................................................................. 84
Hình 4.13 Máy gia công và quá trình gia công BRCT .................................................. 85
Hình 4.13 Kiểm soát lực cắt trong gia công .................................................................. 85
Hình 4.14 Quá trình đo nhám trên máy SurftestSJ-301 ................................................ 86
Hình 4.15 Phương pháp đo độ nhám. ............................................................................ 86
Hình 4.16 Thu thập vết tiếp xúc trên máy 5A725 ......................................................... 86
Hình 4.18. Thông số dụng cụ cắt. .................................................................................. 87
Hình 4.19 Quan hệ các biến đầu vào ............................................................................. 88
Hình 4.20 Kiểm tra mức độ phù hợp mô hình RSM với hệ số xác định ....................... 91
Hình 4.21 Đồ thị quan hệ giữa S với ffa ở chế độ z=0.05 mm và F=550mm/p .......... 93
Hình 4.22 Đồ thị quan hệ giữa F với ffa ở chế độ z=0.05 mm và S=6000 v/p............ 93
Hình 4.23 Đồ thị quan hệ giữa z với ffa ở chế độ F=550mm/p và S=6000 v/p .......... 93
Hình 4.24 Đồ thị giá trị ffa với S=6000 v/p ................................................................... 94
Hình 4.25 Đồ thị quan hệ giữa ffa với Z và F ở chế độ S=6000 v/p ........................... 94
Hình 4.26 Đồ thị quan hệ giữa ffa với S và F ở chế độ Z= 0.05 mm .......................... 94
Hình 4.27 Đồ thị quan hệ giữa ffa với Z và S ở chế độ F= 550 mm/p ........................ 95
Hình 4.28 Đồ thị quan hệ giữa S với bc ở chế độ z=0.05 mm và F=550 mm/p ......... 95
Hình 4.29 Đồ thị quan hệ giữa F với bc ở chế độ z=0.05 mm và S=6000 v/p ........... 95
Hình 4.30 Đồ thị quan hệ giữa z với bc ở chế độ S=6000 v/p mm và F=550 mm/p .. 96
Hình 4.31 Đồ thị giá trị bc với S=6000 v/p ................................................................... 96
Hình 4.32 Đồ thị quan hệ giữa bc với Z và F ở chế độ S=6000 v/p ........................... 96
Hình 4.33 Đồ thị quan hệ giữa bc với S và F ở chế độ Z= 0.05 mm .......................... 97
Hình 4.34 Đồ thị quan hệ giữa bc với Z và S ở chế độ F= 550 mm/p ........................ 97
Hình 4.35 Đồ thị quan hệ giữa S với hc ở chế độ z=0.05 mm và F=550 mm/p ......... 97
Hình 4.36 Đồ thị quan hệ giữa F với hc ở chế độ z=0.05 mm và S=6000 v/p ........... 98
Hình 4.37 Đồ thị quan hệ giữa z với hc ở chế độ S=6000 v/p mm và F=550 mm/p .. 98

Hình 4.38 Đồ thị giá trị hc với S=6000 v/p ................................................................... 98
Hình 4.39 Đồ thị quan hệ giữa hc với Z và F ở chế độ S=6000 v/p ........................... 99
Hình 4.40 Đồ thị quan hệ giữa hc với S và F ở ở chế độ Z= 0.05 mm ....................... 99
Hình 4.41 Đồ thị quan hệ giữa hc với Z và S ở ở chế độ F= 550 mm/p ..................... 99
Hình 4.42 Đồ thị quan hệ giữa S với Ra ở chế độ z=0.05 mm và F=550mm/p ....... 100
x


Hình 4.43 Đồ thị quan hệ giữa F với Ra ở chế độ z=0.05 mm và S=6000 v/p......... 100
Hình 4.44 Đồ thị quan hệ giữa z với Ra ở chế độ F=550mm/p và S=6000 v/p ....... 100
Hình 4.45. Đồ thị giá trị Ra với S=6000 v/p ............................................................... 101
Hình 4.46 Đồ thị quan hệ giữa Ra với Z và F ở chế độ S=6000 v/p ........................ 101
Hình 4.47 Đồ thị quan hệ giữa Ra với S và F ở chế độ Z= 0.05 mm ....................... 101
Hình 4.48 Đồ thị quan hệ giữa Ra với Z và S ở chế độ F= 550 mm/p ..................... 102
Hình 4.49 Giới hạn giá trị đầu vào và ra ..................................................................... 102
Hình 4.50. Đồ thị Pareto tối ưu trong trường hợp không ràng buộc ........................... 103
Hình 4.51 Đồ thị Pareto tối ưu trong trường hợp ffa  6 m và Ra  0.63m ............ 103

xi


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Bánh răng côn răng thẳng (BRCT) đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực của nền kinh tế, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất ô tô, tàu hoả,
thiết bị mỏ, vũ trụ, chế tạo máy công cụ và các thiết bị hàng không. Nếu chỉ nói đến
lĩnh vực sản xuất ô tô và máy móc thì nhu cầu sản xuất BRCT đang là rất lớn. BRCT
ngày càng được quan tâm nhiều hơn do chúng có nhiều ưu điểm nổi trội so với các
dạng truyền động khác.
Trước đây, do lý thuyết tạo hình bề mặt BRCT là tương đối phức tạp và công nghệ

gia công BRCT khó kiểm soát về chất lượng nên bộ truyền BRCT thường chỉ được
thiết kế với kết cấu đơn giản để sử dụng trong các truyền động không cần có độ chính
xác về vị trí cao. Việc chỉ sử dụng các bộ truyền có kết cấu đơn giản trong thực tế đã
làm giảm đi tính ứng dụng và khả năng làm việc của bộ truyền BRCT.
Tuy nhiên trong nhưng năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ
thuật thì lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các công nghệ mới vào thiết kế và chế tạo các
BRCT có chất lượng cao hoặc các BRCT có sự thay đổi về kết cấu để nâng cao hiệu
quả và chất lượng làm việc của bộ truyền đang được các nhà nghiên cứu trong và
ngoài nước quan tâm nhiều hơn trước. Nghiên cứu chế tạo bánh răng côn răng thẳng
có gờ chặn (BRCG) là một trong những hướng nghiên cứu như vậy với ưu điểm là khả
năng tải được nâng lên một cách đáng kể với kết cầu vai chặn ở đỉnh và đáy răng.
Ở Việt Nam từ nhưng năm cuối thập niên 90 trở về trước thì công nghệ chế tạo
BRCT là tương đối lạc hậu so với thế giới, chủ yếu BRCT thường được gia công với
phương pháp gần đúng và cho chất lượng bánh răng tương đối thấp, phụ thuộc lớn vào
trình độ tay nghề của công nhân. Các cơ sở sản xuất bánh răng và các trung tâm
nghiên cứu về bánh răng ở Việt Nam có chung đặc điểm là thiếu thốn về trang thiết bị
gia công cũng như đo kiểm. Đầu những năm của thế kỷ 20 với sự hội nhập nhanh
chóng của nền kinh tế thì ngành chế tạo bánh răng ở Việt Nam đã có nhưng bước phát
triển mạnh mẽ, nổi bật trong đó là những hướng tiếp cận mới về việc gia công bánh
răng trên các máy gia công tự động. Hầu hết các cơ sở sản xuất bánh răng hiện nay đều
đã được trang bị các máy phay CNC để khắc phục các vấn đề hạn chế còn vướng phải
khi gia công bánh răng bằng các phương pháp gia công truyền thống (Cắt lẹm chân
răng, khả năng gia công của phương pháp, độ chính xác gia công, …).
Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ CNC vào gia công các bánh răng trên thực tế
đã đem lại nhiều hiệu quả trong chế tạo, tuy nhiên các nghiên cứu này vẫn còn tồn tại
nhiều vấn đề chưa giải quyết được hoặc giải quyết chưa triệt để:
- Chưa kiểm soát được chất lượng thiết kế khi mô hình hóa bề mặt răng.
- Chưa xây dựng được quy luật quan hệ giữa yếu tố công nghệ đầu vào với chất
lượng sản phẩm.
Với đặc tính làm việc của BRCT thì việc đánh giá chất lượng chế tạo thường được

đánh giá thông qua các giá trị kích thước vi mô, độ bóng bề mặt và khả năng tiếp xúc
giữa các bề mặt trong truyền động. Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp thiết kế và
công nghệ để tạo hình bề mặt BRCG trên máy phay CNC 3 trục, cũng như nghiên cứu
sự ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất lượng tạo hình bề mặt BRCG thông
qua việc đánh giá các yếu tố đầu ra (nhấp nhô bề mặt, thông số hình học vi mô và kích
thước vết tiếp xúc) ở bước gia công tinh là cấp thiết và cấp bách. Để giải quyết vấn đề
này, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Xây dựng phương pháp thiết kế và công nghệ để
1


đảm bảo độ chính xác tiếp xúc của bộ truyền bánh răng côn răng thẳng có gờ chặn
trên máy phay CNC”.
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a) Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu phương pháp gia công BRCG khi gia công trên máy phay CNC 3
trục.
- Xây dựng giải pháp thiết kế tạo dữ liệu đầu vào cho quá trình gia công BRCG
trên máy phay CNC bằng phương pháp bám biên dạng.
- Xây dựng quy trình đánh giá chất lượng gia công BRCG bằng các thông số hình
học vi mô và kích thước vết tiếp xúc.
- Xây dựng các phương trình thực nghiệm biểu thị mối quan hệ giữa các thông số
công nghệ (S, F, z) với độ nhám (Ra), sai lệch hình dạng profile răng (ff) và kích
thước vết tiếp xúc (bc, hc) của bộ truyền BRCG Z11-16 m8.
- Xây dựng giải pháp công nghệ để đảm bảo độ chính xác tiếp xúc khi gia công
tinh bộ truyền BRCG Z16-11 m8 trên máy phay CNC 3 trục.
b) Đối tượng nghiên cứu
- Truyền động BRCG.
- Kích thước vết tiếp xúc.
- Chất lượng BRCG khi gia công trên máy phay CNC 3 trục.
c) Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu tạo hình bề mặt các BRCT (BRCG, BRCT, BRCT có tinh chỉnh tang
trống và đồng nhất profile).
- Nghiên cứu chất lượng gia công tinh BRCG trên máy phay CNC.
- Nghiên cứu tối ưu hóa chế độ cắt cắt tinh BRCG Z16-11 m8 để đạt được năng
suất cao và kích thước vết tiếp xúc tốt.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiến của đề tài
a) Ý nghĩa khoa học
- Kết quả của đề tài là cơ sở để thiết kế, gia công và đánh giá chất lượng BRCG
khi gia công trên máy phay CNC.
- Kết quả của đề tài là tài liệu để lựa chọn bộ thông số công nghệ khi cần nâng cao
năng suất và chất lượng chế tạo BRCG Z11-16 m8 khi gia công trên máy phay CNC 3
trục.
- Đã xác định được mối quan hệ giữa bộ thông số (S, F, z) đến chất lượng bộ
truyền BRCG (độ nhám bề mặt, kích thước vết tiếp xúc và sai lệch hình dạng profile
răng) khi gia công tinh trên máy phay CNC 3 trục.
- Kết quả của đề tài là cơ sở cho các nghiên cứu liên quan như: Nghiên cứu điều
chỉnh vết tiếp xúc, nghiên cứu tối ưu hóa quá trình gia công bánh răng, nghiên cứu vể
tinh chỉnh các bề mặt bánh răng côn,…
b) Ý nghĩa thực tiễn
- Sản phẩm bộ truyền BRCG Z11-16 m8 được chế tạo theo kết quả luận án đã
được sử dụng để thay thế các thiết bị nhập ngoại trong các xe có tải trọng lớn ở các mỏ
khai thác than lộ thiên tại tỉnh Quảng Ninh.
- Sản phẩm bộ phần mềm thiết kế bánh răng được xây dựng trong luận án đã được
ứng dụng để thiết kế các bộ truyền BRCG tại công ty chuyên sản xuất bánh răng chất
lượng cao Cơ khí Hồng Lĩnh.
2


- Kết quả của luận án có thể được sử dụng vào thực tế sản xuất để đánh giá chất
lượng gia công hoặc phân tích và dự đoán sự thay đổi vết tiếp xúc khi gia công các

BRCG trên máy phay CNC
- Kết quả bài toán tối ưu đa mục tiêu là tài liệu để lựa chọn bộ thông số gia công
tinh trên máy phay CNC 3 trục khi gia công tinh bộ truyền BRCG Z11-16 m8.
4. Các đóng góp mới của luận án
- Đã xây dựng được chương trình tự động tính toán thiết kế bộ truyền BRCG.
- Đã xây dựng được phương trình xác định sai số thiết kế hình dạng profile của
đường thân khai.
- Đã xây dựng được quy trình đánh giá chất lượng BRCG trên máy ZE800
- Đã xây dựng được công thức thực nghiệm giữa chế độ gia công với chất lượng
vết tiếp xúc của BRCG Z11-16 m8 khi gia công tinh trên máy phay CNC 3 trục
- Đã xây dựng được chương trình xác định điểm tiếp xúc trên bộ truyền BRCT
- Kết quả của luận án là đã đưa ra được một giải pháp tổng thể về thiết kế và biện
pháp công nghệ để đảm bảo chất lượng thiết kế và gia công BRCG.
5. Bố cục của luận án
Luận án được trình bày gồm 4 chương và 1 phụ lục
Chương 1: Tổng quan về truyền động BRCT và nghiên cứu các phương pháp gia
công BRCT. Chương này đề cập đến các thông tin về kết cấu của BRCT cũng như đặc
điểm của BRCG, tổng hợp lý thuyết liên quan để xây dựng nên phương pháp thiết kế,
công nghệ trong gia công bám biên bề mặt ứng dụng cho việc gia công BRCG trên
máy phay CNC 3 trục. Cuối chương trình bày tóm tắt các nghiên cứu ở trong và ngoài
nước đã được công bố có liên quan đến các vấn đề về thiết kế và chế tạo BRCT, phân
tích các mặt đạt được và chưa đạt được. Kết luận của chương đã đưa ra được phương
pháp cũng như quy trình thiết kế và chế tạo BRCG trên máy phay CNC 3 trục cũng
như định hướng nghiên cứu của đề tài
Chương 2: Nội dung của chương là đi nghiên cứu các tiêu chí đánh giá chất lượng
BRCG thông qua độ chính xác của các thông số hình học và chất lượng vết tiếp xúc.
Nội dung của chương còn nghiên cứu lý thuyết ăn khớp không gian và sự hình thành
vết tiếp xúc để xây dựng công cụ phần mềm xác định sự dịch chuyển điểm đầu trong
tiếp xúc ăn khớp của truyền động BRCT. Nội dung của chương là cơ sở để đánh giá
kết quả nội dung nghiên cứu ở chương 3 và là cơ sở lý thuyết để thực hiện nghiên cứu

thực nghiệm ở chương 4
Chương 3: Nội dung của chương là xây dựng bộ phần mềm tạo cơ sở dữ liệu đầu
vào cho quy trình chế tạo BRCT trên máy phay CNC 3 trục đã nghiên cứu ở chương 1.
Qua đó ứng dụng kết quả đã nghiên cứu để gia công BRCG Z11-16 m8 và đánh giá
chất lượng sản phẩm thông qua các lý thuyết đã nghiên cứu trong chương 2. Kết luận
của chương là sự khẳng định tính đúng đắn của quy trình thiết kế và chế tạo BRCG
trên máy phay CNC 3 trục, từ đó đề xuất phương án kiểm soát chất lượng và nâng cao
năng suất gia công khi gia công BRCG trên máy phay CNC 3 trục.
Chương 4: Ứng dụng lý thuyết quy hoạch thực nghiệm để xác định mối quan hệ
giữa các yếu tố công nghệ (S, F, z) đến độ nhấp nhô tế vi (Ra), sai lệch hình dạng
profile răng (ff) và kích thước vết tiếp xúc (be, he) trong gia công BRCG trong phạm
vi nghiên cứu. Qua đó làm cơ sở để xử lý xung đột về lợi ích giữa thời gian gia công
và chất lượng vết tiếp xúc bằng bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu. Kết quả nghiên cứu
3


của chương là dữ liệu thông số công nghệ để gia công tinh BRCG Z11-16 m8 khi có
yêu cầu về các thông sô kỹ thuật.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý
thuyết để thu thập các thông tin khoa học trên cơ sở các nghiên cứu trước đây của các
nhà khoa học đã được công bố và sử dụng các tư duy khoa học để rút ra những luận
điểm khoa học cần thiết cho luận án. Cùng với đó là phương pháp nghiên cứu thực tiễn
để làm rõ bản chất cũng như chứng minh các quy luật đã được đưa ra trong các giả
thuyết. Sử dụng các công cụ toán học kết hợp tin học và kết quả thực nghiệm để xây
dựng các mối quan hệ giữa các yếu tố, tìm ra các quy luật biến đổi.
- Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu về truyền động BRCT, từ đó lựa chọn 1 loại
bánh răng có khả năng tải lớn là BRCG để làm đối tượng nghiên cứu. Việc nghiên cứu
tập trung chủ yếu là sự ảnh hưởng của các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chế tạo
BRCG và các giải pháp đảm bảo vết tiếp xúc của bộ truyền.

- Sau đó đề tài sử dụng phương pháp thực nghiệm khoa học chủ động tác động vào
các yếu tố công nghệ gia công một cách có hệ thống, thu thập thông tin đối tượng để
rút ra kết luận bổ ích cho việc lựa chọn thông số gia công phù hợp với từng trường hợp
cụ thể trong phương pháp bám biên bề mặt trên máy phay CNC 3 trục.
- Các thực nghiệm được thực hiện với các trang thiết bị hiện có tại Việt Nam như:
Trung tâm gia công kỹ thuật số SUPER TONADO HCMC-11000 của Đài Loan, máy
mài răng CNC NILES ZE800 của Đức, máy cà vết 5A725 của Nga tại công ty cổ phần
cơ khí Hồng Lĩnh. Máy đo độ nhấp nhô tế vi SurftestSJ-301 của Nhật tại phòng đo
lường công ty Z117 – Bộ Quốc phòng. Các kết quả trên được thu thập, đo kiểm và tính
toán theo lý thuyết đo lường và quy hoạch thực nghiệm.

4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG
BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG.
1.1. Vị trí truyền động bánh răng côn răng thẳng.

Hình 1.1 Phân loại bánh răng dựa vào vị trí trục.
Truyền động BRCT là dạng truyền động đơn giản nhất trong truyền động bánh
răng côn, bộ truyền BRCT thường được sử dụng để truyền chuyển động và momen
giữa 2 trục giao nhau, thông thường góc hợp trục () của 2 trục này là 900. BRCT
được sử dụng nhiều trong các dạng truyền động có tốc độ thấp và chịu tải trọng tĩnh.
Ngày này bộ truyền BRCT thường được sử dụng rộng rãi trong các ngành hàng không
vũ trụ, chế tạo máy, xây dựng, nông nghiệp, hàng hải,… [1÷5].
Sơ đồ trên hình 1.1 chỉ cho chúng ta thấy các dạng truyền động bánh răng khác
nhau dựa trên cơ sở sự sắp xếp của các trục. Sơ đồ cũng cho chúng ta thấy được rằng
so với các dạng bánh răng côn hypoid thì BRCT có vận tốc trượt bé hơn do đó nhiệt và
ma sát trượt sinh ra sẽ bé hơn so với các bộ truyền khác tuy nhiên BRCT có các hạn
chế là khả năng tiếp xúc sẽ thấp hơn, hiệu suất làm việc bé hơn và kích thước giới hạn

của bánh nhỏ (Pinion) sẽ nhỏ hơn [6].

a) Bánh răng côn răng thẳng
b) Bánh răng côn răng cong
c) Bánh răng côn Zerol
d) Bánh răng côn Hypoid
Hình 1.2 Các dạng bánh răng côn.
5


Dựa vào nguyên lý tạo hình bề mặt răng mà BRCT được coi là một trong bốn dạng
truyền động chính của truyền động bánh răng côn, bao gồm: BRCT, bánh răng côn
răng cong (côn xoắn), bánh răng côn Zerol và bánh răng côn hypoid.
Trong đó BRCT về cơ bản có phương pháp tạo hình giống với bánh răng trụ thẳng
khi có đường sinh của bề mặt răng là đường thẳng và được tạo thành khi dụng cụ cắt
chuyển động đi qua đỉnh chung của bánh răng được cắt và dao cắt (hình 1.2a). Bánh
răng côn răng cong có bề mặt răng được sinh ra ngoài chuyển động cắt thẳng về tâm
còn có chuyển động bao tròn bề mặt (hình 1.2b). Bánh răng côn Zerol là một dạng đặc
biệt của bánh răng côn răng cong khi có góc xoắn bằng 0o (hình 1.2c). Bánh răng côn
hypoid có nguyên lý gần giống bánh răng côn xoắn, tuy nhiên biên dạng của bề mặt
răng được chế tạo để 2 trục truyền động không giao nhau (hình 1.2d).

1.2. Phân loại bánh răng côn răng thẳng.
Tùy vào từng tiêu chí mà việc phân loại BRCT có thể phân loại theo nhiều cách
khác nhau, trong đó yếu tố cấu tạo là yếu tố thường được chọn làm tiêu chí để phân
loại BRCT [4]. Dựa theo những yếu tố cấu tạo việc phân loại BRCT sẽ được xây dựng
trên những dấu hiệu sau đây:
➢ Dựa vào mặt chuẩn sử dụng: BRCT có mặt chuẩn lỗ (hình 1.3a) và BRCT có mặt
chuẩn trục (hình 1.4b). Đối với các bánh răng liền trục người ta thường chọn mặt
chuẩn là các mặt trục.


a) BRCT chuẩn lỗ
b) BRCT chuẩn trục
Hình 1.3 Các loại BRCT với vị trí mặt chuẩn.
➢ Dựa vào mặt chuẩn đảm bảo lắp ghép: Tiêu chí này dựa vào điều kiện kỹ thuật đảm
bảo sự tiếp xúc trong quá trình ăn khớp của các BRCT. Để đảm bảo sự ăn khớp
đúng trong lắp ghép BRCT thường sử dụng các mặt đầu của kết cấu bánh răng, do
đó khi dựa vào tiêu chí này chúng ta sẽ có 2 loại BRCT là: bánh răng có chuẩn theo
mặt đầu của mayơ (hình 1.4a) và bánh răng có chuẩn theo mặt đầu của vành răng
(hình 1.4b)

a) BRCT chuẩn mặt đầu mayơ
b) BRCT chuẩn mặt đầu vành răng
Hình 1.4 Các loại BRCT với vị trí mặt chuẩn lắp ghép đúng.
➢ Dựa vào hình dáng của đường kính cực đại: Thông thường đường kính lớn nhất của
một BRCT sẽ có đường kính đỉnh tại mặt phẳng vuông góc với đường sinh ở đáy
6


lớn (hình 1.5a), tuy nhiên để công việc chế tạo phôi và lắp ghép khi sử dụng dễ
dàng hơn kính thước đỉnh răng De của bánh răng sẽ được hiệu chỉnh theo hai cách:
Gia công một đoạn trụ dài (thông thường chiều dài đoạn trụ là 2mm) để gia công
tiện phôi bánh răng được dễ hơn (hình 1.5b); Gia công tù một đoạn để tiện lợi khi
lắp ráp bánh răng (hình 1.5c).

a) BTCT
b) BRCT trụ dài
c) BRCT tù đầu
Hình 1.5 Hình dạng vành răng của BRCT.
➢ Dựa vào kết cấu hai đầu răng: Dựa vào kết cấu tại đỉnh và đáy răng của BRCT mà

chúng ta phân làm 2 loại: bánh răng côn răng thẳng không có gờ chặn (hình1.6a)
và bánh răng côn răng thẳng có gờ chặn (hình 1.6b)

a) BRCT không gờ chặn
b) BRCT có gờ chặn
Hình 1.6 BRCT có gờ và không có gờ chặn.
bánh răng côn răng thẳng có gờ chặn (BRCG) chính là đối tượng nghiên cứu của
luận án

1.3. Đặc trưng bánh răng côn răng thẳng có gờ chặn
Hiện nay, khi sử dụng truyền động BRCT trong các thiết bị có tải trọng lớn thì các
nhà thiết kế thường sử dụng kết cấu BRCT có gờ chặn như trên hình 1.6a [7÷9]. Với
kết cấu gờ chặn ở cuối và đầu răng, BRCG có khả năng tải tốt hơn BRCT có kết cấu
truyền thống ở cùng thông số, trong các nghiên cứu của mình Ligata.H và Zhang.H.H
đã chứng minh được rằng với kết cấu có gờ chặn, bộ truyền BRCT có thể giảm sự phá
hủy bởi ứng suất uốn từ 8% đến 10% [10]. Tuy nhiên dạng bánh răng này lại tồn tại
hai nhược điểm lớn là:
➢ Không thể chế tạo được bằng các phương pháp gia công răng truyền thống như:
phay định hình, gia công theo dưỡng, bào răng,…mà không để xảy ra hiện tượng
phá hủy kết cấu gờ chặn hai đầu
➢ Bề mặt răng sẽ dễ bị phá hủy bởi hiện tượng tróc rỗ bề mặt, nguyên nhân là do có
kết cấu gờ chặn sẽ làm cho dung dịnh bôi trơn khó thoát ra khỏi bề mặt răng hơn
(hình 1.7).
7


Hình 1.7 Hiện tượng tróc rỗ bề mặt trên BRCG.

1.4. Các dạng truyền động.
Tùy thuộc vào góc hợp trục của bánh chủ động và bánh bị động mà chúng ta có

thể phân làm bốn dạng truyền động cho BRCT khác nhau: Truyền động vuông góc
(góc hợp trục  = 900), truyền động góc tù (# 900), truyền động ăn khớp trong và
truyền động thanh răng tròn.

a) Truyền động vuông góc
b) Truyền động góc tù
c) Truyền động ăn khớp trong
d) Truyền động thanh răng tròn
Hình 1.8 Các dạng truyền động BRCT .
- Truyền động góc vuông (hình 1.8a):
 = 1 + 2 = 90o
tg1 = i12 = Z1 / Z 2 ; tg2 = 1 / i12 = Z 2 / Z1.

- Truyền động góc tù (hình 1.8b):
 = 1 + 2 #90o ;2  90o

(1.3)

i12 .sin(180 − )
sin(180 − )
; tg2 =
o
1 − i12 .cos(180 − )
i12 − cos(180o − )
- Truyền động bằng các bánh răng côn ăn khớp trong (hình 1.8c):
o

tg1 =

o


 = 1 + 2 #90o ;2  90o

tg1 =

(1.1)
(1.2)

(1.4)
(1.5)

i12 .sin(180 − )
i .sin(180 − )
; tg (180o − 2 ) = 12
o
1 − i12 .cos(180 − )
cos(180o − ) − i12
o

o

- Truyền động thanh răng tròn (hình 1.8d):
 = 1 + 2  90o ;2 = 90o
sin 1 = i12 = Z1 / Z 2

8

(1.6)

(1.7)

(1.8)


1.4. Các phương pháp gia công bánh răng côn răng thẳng.
Trước đây BRCT thường được gia công bằng các phương pháp gia công cắt gọt cơ
học truyền thống trên các máy công cụ chuyên dụng như: Máy phay răng, máy xọc
răng, máy chuốt răng, máy bào răng, máy cà răng,…Tuy nhiên trong một vài thập kỷ
gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điều khiển kỹ thuật số cũng như các
công nghệ gia công mới đã cho phép các nhà sản xuất gia công được các bề mặt răng
côn thẳng có chất lượng cao với nhiều phương pháp mới như: Rèn răng trong khuôn
nóng, dập răng liên hoàn, đúc bánh răng, gia công răng bằng biến dạng dẻo, gia công
bám biên dạng SSM,…Trong nội dung của luận án, tác giả trình bày sơ lược các
phương pháp gia công BRCT và tập trung phân tích nhiều hơn ở phương pháp gia
công bám biên bề mặt (Sculptured Surface Machining - SSM), đây cũng chính là
phương pháp đã được lựa chọn để nghiên cứu của luận án.
1.4.1. Phương pháp định hình
Theo phương pháp này thì dụng cụ cắt sẽ có profile giống với profile của rãnh
răng cần gia công chế tạo [4, 7]. Dụng cụ thường sử dụng trong phương pháp này là
các dao phay đĩa modul và dao phay ngón modul (hình 1.9a). Trong sản xuất nhỏ và
đơn chiếc, phương pháp này thường được sử dụng để gia công các bánh răng có cấp
chính xác từ 9 ÷ 11 (TCVN) trên các máy phay vạn năng có trang bị kết cấu đồ gá đầu
phân độ. Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối phương pháp này được sử dụng
trên máy chuyên dùng với các dụng cụ cắt chuyên dùng để nâng cao năng suất. Ví dụ:
Sử dụng dao chuốt vòng định hình (hình 1.9b).

a) Phay răng định hình
b) Chuốt răng định hình
Hình 1.9 Phương pháp gia công định hình
Phương pháp cắt răng định hình không đòi hỏi cao về các máy chuyên dụng, tuy
nhiên chất lượng của bánh răng phụ thuộc nhiều vào biên dạng dụng cụ và độ chính

xác của thiết bị chia.
1.4.2. Phương pháp gia công theo dưỡng
Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong gia công các bánh răng có
đường kính và môđun lớn [4, 7]. Đối với các BRCT, kích thước của răng tăng dần theo
hướng của đỉnh nên profile của răng cần gia công trên các cỡ răng là như nhau, do đó
dưỡng được dùng để gia công trong các bánh răng có cùng số răng là như nhau.
Phương pháp này profile của răng sẽ được xây dựng giống với profile của dưỡng cắt
(hình 1.10).
9


Hình1.10 Phương pháp gia công theo dưỡng.
1.4.3. Phương pháp bao hình
Trong công nghệ gia công BRCT hiện nay thì phương pháp bao hình được các cơ
sở sản xuất sử dụng làm phương pháp gia công chính [4, 7]. Khi cắt răng bằng phương
pháp bao hình thi profile răng được tạo thành nhờ sự ăn khớp giữa bánh răng cần gia
công với bánh răng dẹt sinh (bánh răng ăn khớp tưởng tượng). Khác với phương pháp
định hình thì khi cắt răng theo phương pháp bao hình, chuyển động tạo hình của
phương pháp này ngoài chuyển động tịnh tiến còn có chuyển động quay, các lưỡi cắt
thẳng của các dao bào hoặc các răng của dao phay răng trong quá trình chuyển động
bao hình sẽ tạo ra profile răng (lăn tương đối giữa dụng cụ và phôi). Do chuyển động
tạo hình trong phương pháp là chuyển động phức tạp nên phương pháp này đòi hỏi các
máy gia công phức tạp hơn so với 2 phương pháp trên. Trong phương pháp này, bào
răng bao hình là phương pháp có tính vạn năng cao nhưng năng suất lại thấp, phương
pháp này thường sử dụng trong dạng sản xuất đơn chiếc (hình 1.11a) còn trong sản
xuất hàng loạt người ta thường sử dụng phay bao hình để tăng năng suất (hình 1.11b).

a) Bào răng bao hình
b) Phay răng bao hình
Hình 1.11 Phương pháp gia công răng bao hình

1.4.4. Phương pháp gia công dập nóng
Ngoài các phương pháp cắt răng kể trên thì để giảm thời gian chuẩn bị phôi cũng
như tiết kiệm nguyên liệu trong quá trình chế tạo BRCT, một số nhà khoa học đã đưa
công nghệ rèn nóng bánh răng bằng khuôn kín, tuy nhiên kết quả nghiên cứu cho thấy
để đạt được chất lượng bề mặt bánh răng tốt thì phương pháp rèn nóng bằng khuôn kín
đòi hỏi phải có các máy móc chuyên dùng phức tạp, đắt tiền [4, 7, 9].
10


Hình 1.12 Phương pháp dập nóng khuôn kín.
Các sản phẩm gia công bằng phương pháp này thường khó đảm bảo độ chính xác
về vị trí tương quan giữa các bề mặt, khe hở bánh răng không đồng đều và dễ bị rạn
nứt tại các chân răng. Ngoài ra phương pháp này còn bị hạn chế khi gia công các bánh
răng côn có chiều dày răng lớn.
1.4.5. Phương pháp gia công bám biên dạng SSM.

Hình 1.13 Gia công bám biên dạng BRCT
Hiện nay, công nghệ gia công kỹ thuật số đã phát triển rất mạnh và cho phép gia
công các bề mặt răng trên máy điều khiển số CNC. Phương pháp SSM là phương pháp
tạo hình bề mặt răng thông qua việc gia công bề mặt răng từ dữ liệu số hóa bề mặt cho
trước, ưu điểm của phương pháp này là có thể gia công các bề mặt răng với các loại
dụng cụ vạn năng (dao phay ngón, dao cầu,..) với nhiều chủng loại và dải kích thước
khác nhau. Ngoài ra việc gia công bằng phương pháp SSM có thể khắc phục được hiện
tượng cắt lẹm chân răng khi đầu dụng cụ cắt đi vào chân răng khi gia công trên các
máy gia công răng truyền thống [4].
Đặc biệt phương pháp này thường được ứng dụng để gia công các bề mặt răng có
sự tinh chỉnh bề mặt hoặc thay đổi về hình dạng để tối ưu hóa khả năng làm việc, vì
quá trình gia công không phụ thuộc vào các xích truyền động cũng như tính độc lập
giữa 2 bề mặt răng. Ví dụ: Bánh răng tối ưu hóa chân răng, BRCG
Theo tiêu chuẩn DIN 8589-3 thì quy trình chế tạo bánh răng trên máy CNC về cơ

bản là tương đương với sự tổng hợp của hai quy trình chế tạo khác:
➢ Chế tạo khuôn mẫu (Manufacture of moulds and dies): Bởi sự tương đồng về vật
liệu, độ cứng và cấp chính xác gia công.
➢ Chế tạo cánh quạt (Manufacture of impellers): bởi sự tương đồng về hình học.

11


Image source: Holfmann Group
Hình 1.14 Mô tả quy trình gia công răng.
Qua đó quy trình chế tạo bánh răng trên máy phay CNC có thể được mô tả qua ba
bước: Tạo dữ liệu đầu vào, lựa chọn dụng cụ gia công và xử lý thông số như mô tả ở
trên hình 1.14 [11]. Sau đây chúng ta sẽ nghiên cứu từng nội dung cụ thể của quy trình
chế tạo bánh răng.
1.4.5.1. Quá trình tạo dữ liệu đầu vào
DIN
AGMA
ISO

Gear data

Gear Geometry

Correction of
Gear geometry

CAD/CAM System

NC Code
Correction of

tool length and
diamẹter
Gear Measurement

Hình 1.15 Lưu đồ quá trình tạo dữ liệu đầu vào
Khác với quá trình chế tạo bánh răng ở các phương pháp gia công truyền thống thì
quá trình chế tạo bánh răng trên máy phay CNC đòi hỏi người thiết kế phải cung cấp
cho quá trình gia công biên dạng hình học cần gia công dưới dạng tọa độ (CAD
System). Các biên dạng hình học này có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các
phần mềm chuyên dùng về thiết kế bánh răng như: Kisssoft, WZL gear toolbox,
ZAKgear, ZAR,… hoặc sử dụng cơ sở lý thuyết tạo hình để xây dựng theo phương
pháp thủ công. Đối với việc sử dụng dữ liệu tọa độ điểm để xây dựng bề mặt trong đồ
họa luôn luôn tồn tại sai số thiết kế, chính vì vậy mà ứng với từng phần mềm sẽ có
phạm vị sử dụng và độ chính xác thiết kế riêng tùy thuộc vào phương pháp xây dựng
bề mặt, sai số này khi thiết kế cần phải được quan tâm để đảm bảo chất lượng thiết kế
cho sản phẩm. Hình 1.15 chỉ cho chúng ta quá trình cần thiết để xây dựng nên dữ liệu
đầu vào cho một quá trình gia công bánh răng trên máy phay CNC.
(1) Đầu tiên chúng ta sẽ thiết kế và tính toán các thông số của bộ truyền bánh răng
theo các tiêu chuẩn hiện hành;
12


(2) Từ các thông số thu được chúng ta mô hình hóa bề mặt bánh răng;
(3) Xây dựng biên dạng bề mặt gia công dưới định dạng tọa độ;
(4) Các thông số hình học sẽ được chuyển đổi thành câu lệnh NC thông qua các phần
mềm xử lý gia công;
(5) Trong quá trình hình thành dữ liệu đầu vào chúng ta có thể hiệu chỉnh bề mặt để tối
ưu bộ truyền trong bước mô hình hóa bề mặt hoặc bù đắp sai số trong quá trình chế tạo
và thiết kế bằng cách đo kiểm và hiệu chỉnh dụng cụ trước khi xây dựng NC code.
1.4.5.2. Quá trình lựa chọn dụng cụ cắt.

Lựa chọn dụng cụ cắt là bước quan trọng trong quy trình gia công bánh răng trên
máy phay CNC. Khi chọn dụng cụ cắt chúng ta phải dựa vào các yếu tố: Cơ tính của
vật liệu gia công, hình dạng bề mặt của profile, lượng dư gia công, yêu cầu chất lượng
bề mặt và khả năng gia công của máy.
Đối với việc gia công bánh răng trên máy phay CNC, quá trình gia công được
khuyến khích chia làm 3 giai đoạn là: Cắt thô → Cắt bán tinh → Cắt tinh. Ứng với
từng giai đoạn chúng ta nên dùng các loại dụng cụ khác nhau. Để quá trình gia công
ổn định, đường kính dụng cụ cắt nên càng lớn càng tốt và độ dài dụng cụ càng ngắn
càng tốt. Tuy nhiên các kích thước và hình dạng này sẽ bị hạn chế bởi các yếu rố: khả
năng công nghệ, hình dáng hình học của bánh răng và phương pháp gá đặt.
Các dạng dụng cụ khác nhau được sử dụng để gia công bánh răng trên máy CNC
và thông số hình học của chúng được mô tả như ở giữa hình 1.14. Tùy thuộc vào các
thông số lựa chọn mà bề mặt dụng cụ cắt sẽ tiếp xúc với bề mặt gia công theo điểm
hoặc đường.
1.4.5.3. Quá trình xử lý tham số
Sau khi đã xác định được kết cấu, vật liệu, cấp chính xác của bánh răng và dụng cụ
gia công, để đưa ra được tổng quan về quy trình gia công bánh răng trên máy phay
CNC chúng ta cần đặc biệt quan tâm tới các bước xác định bộ tham số: Lineness,
Trajectory và Indexing procedure [11]

Hình 1.16 Các phương án hướng dịch chuyển dụng cụ
➢ Trajectory (Hướng dịch chuyển dụng cụ): Tham số này sử dụng để xác định quỹ
đạo dịch chuyển của dụng cụ cắt khi tạo hình bề mặt răng (hình 1.16). Quỹ đạo
dịch chuyển của dụng cụ cắt được chia làm ba phương pháp với các đặc trưng
khác nhau:
1. Theo hướng profile răng;
2. Theo hướng bề rộng răng (đối với BRCT là theo hướng vuông góc với hướng
profile răng) và
3. Theo hướng chéo của răng.
13



Dựa vào năng lực công nghệ chế tạo, yêu cầu về chất lượng và phương pháp gá
đặt khi gia công mà chúng ta có thể lựa chọn phương pháp điều khiển dụng cụ cắt một
cách phù hợp.

Hình 1.17 Các phương án chia lượng dư
➢ Lineness (Lượng dịch dao): Tham số này ảnh hưởng lớn đến thời gian gia công và
sự phân bố độ nhám bề mặt gia công. Với tham số này chúng ta có thể ổn định cấu
trúc bề mặt (độ nhám đồng đều trên toàn bề mặt răng) bằng cách điều chỉnh bước
tiến dụng cụ cắt không đổi theo chiều dọc biên dạng răng (S=const). Để cấu trúc
bề mặt thay đổi đồng biến chúng ta có thể điều chỉnh bước tiến dao không đổi theo
chiều sau cắt dọc biên dạng răng (z = const) và để bề mặt có cấu trúc tự do thì
chúng ta không ràng buộc đại lượng dịch chuyển và hướng của profile (hình 1.16).

Hình 1.18 Các phương án dịch chuyển dụng cụ
➢ Indexing procedure (Chế độ đường chạy dao): Trong gia công bánh răng trên máy
CNC chúng ta có thể lựa chọn hai phương pháp cắt là: cắt từng răng và cắt tất cả
các răng trên cùng một chiều sâu cắt.Nếu chúng ta sử dụng chế độ cắt theo từng
răng (steady indexing) thì sẽ rút ngắn được thời gian gia công nhưng sẽ gây ra sai
số tích lũy giữa răng đầu và răng cuối; Còn nếu chúng ta sử dụng chế độ cắt tất cả
răng trên cùng chiều sâu (unteady indexing) thì quá trình gia công có thể loại bỏ
được sai số tích lũy nhưng sẽ kéo dài thời gian gia công. Ngoài ra khi lập trình gia
công chúng ta có thể lựa chọn kiểu gia công có định vị mới (NP) hoặc không có
định vị mới (NNP) cho quá trình gia công
Thông qua việc xác định được các thông số của dụng cụ cắt và chiến lược gia công
thì chúng ta có thể tính toán được sơ bộ về sai lệch hình dạng bề mặt gia công lý
thuyết. Qua đó có thể dự đoán được chế độ gia công cho phù hợp với từng yêu cầu về
chất lượng sản phẩm. Đối với BRCT thì sai lệch về hình dạng lý thuyết trong gia công
14