Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CƠ CẤU TIỆN BAO HÌNH
RĂNG CẦU VÀ CHẾ TẠO DAO TIỆN BAO HÌNH
RĂNG CẦU TRÊN MÁY CNC.Học Viên: Dương Đức Huy
Lớp: CHK12 CTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
HDKH: TS. Hoàng Vị THÁI NGUYÊN - 2011
- 1 -


- 2 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Lời cảm ơn

Bằng tất cả sự kính trọng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Vị-
đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Đồng thời, xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp, Khoa Đào tạo sau đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và người thân đã động viên giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Dương Đức Huy

RĂNG CẦU
1.1. Truyền động bánh răng 13
1.1.1. Định nghĩa cơ cấu bánh răng 13
1.1.2. Phân loại cơ cấu bánh răng 13
1.1.3. Biên dạng thân khai 14
1.2. Cơ cấu răng cầu 14
1.2.1. Cơ sở hình học của cơ cấu răng cầu 16
1.2.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai 16
1.2.1.2. Sự hình thành răng cầu vành răng thân khai 17
1.2.2. Đặc điểm kết cấu và lắp rắp của cơ cấu răng cầu 18
- 4 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.2.3. Đặc điểm truyền động của cơ cấu răng cầu 20
1.2.4. Điều kiện ăn khớp đúng của cơ cấu răng cầu 20
1.2.5. Điều kiện truyền động liên tục của cơ cấu răng cầu 21
1.2.6. Phƣơng trình tham số biên dạng của chi tiết dẫn động 21
1.2.7. Phân tích động học cơ cấu răng cầu 26
1.2.7.1.Mô hình toán học chuyển động của cơ cấu răng cầu 26
1.2.7.2. Phân tích động học cơ cấu răng cầu 27
1.2.7.3. Phân tích động học cơ cấu đĩa răng- răng vành cầu 31
1.2.8. Kiểu truyền động hành tinh của cơ cấu răng cầu 32
1.2.9. Kết luận 35
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO BÁNH RĂNG
2.1. Phƣơng pháp chế tạo bánh răng 36
2.1.1. Phƣơng pháp chép hình 36
2.1.2. Phƣơng pháp bao hình 36
2.2. Phƣơng pháp chế tạo răng cầu 37
2.2.1. Đặc điểm hình học của bộ truyền 37

4.1.5. Các chuyển động khi cắt răng bằng dao tiện bao hình 62
4.1.6. Profile răng dao 63
4.2. Tạo hình dao tiện bao hình 66
4.2.1. Phay thô các rãnh răng 66
4.2.2. Phay hớt lƣng rãnh răng dao 67
4.2.3. Phay hớt lƣng đỉnh răng dao tiện 67
- 6 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4.2.4. Mài mặt trƣớc trên máy mài phẳng 68
4.3. Chế tạo dao tiện bao hình răng cầu 68
4.3.1. Lựa chọn phƣơng pháp và vật liệu chế tạo 68
4.3.2. Giới thiệu về máy phay CNC DMU 50 69
4.3.3. Chế tạo dao tiện bao hình răng cầu lồi 70
4.3.4. Chế tạo dao tiện bao hình răng cầu lõm 76
4.4. Kết luận 77
KẾT LUẬN CHUNG 80
Tài liệu tham khảo 81 - 7 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CNC
Computer Numerical Control
CAD

Hình 1.1.
Cơ cấu bánh răng
13
2
Hình 1.2.
Đƣờng thân khai của đƣờng tròn
14
3
Hình 1.3.
Cơ cấu răng cầu Trallfa
15
4
Hình 1.4.
Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai
16
5
Hình 1.5.
Sự hình thành bề mặt vành răng thân khai
16
6
Hình 1.6.
Sự hình thành răng cầu vành răng thân khai
18
7
Hình 1.7.
Sơ đồ lắp ghép cơ cấu răng cầu
19
8
Hình 1.8.
Mặt nón ăn khớp của cơ cấu răng cầu

16
Hình 2.1.
Cắt răng theo phƣơng pháp chép hình
36
17
Hình 2.2.
Cắt răng theo nguyên lý bao hình
37
18
Hình 2.3.
Hình thành vành răng cầu lồi
38
19
Hình 2.4.
Hình thành vành răng cầu lõm
38
20
Hình 2.5.
Sơ đồ gia công tiện chép hình răng cầu
40
21
Hình 2.6.
Dao tiện chép hình răng cầu
40
22
Hình 2.7.
Sơ đồ tính thiết kế dao tiện chép hình
41
23
Hình 2.8.

30
Hình 3.3.
Giao diện của phần mềm Pro/engineer wildfire 5.0
54
31
Hình 3.4.
Xác định vị trí giữa phôi và dao tiện bao hình
54
32
Hình 3.5.
Bắt đầu cắt
55
33
Hình 3.6.
Đang cắt
55
34
Hình 3.7.
Hoàn thành quá trình cắt
56
35
Hình 3.8.
Kết thúc quá trình gia công
56
36
Hình 4.1.
Thanh răng cầu
58
37
Hình 4.2.

45
Hình 4.10
Dao tiện bao hình răng cầu lõm
63
46
Hình 4.11.
Dao tiện bao hình răng cầu lồi
64
47
Hình 4.12.
Các profile răng dao
65
48
Hình 4.13.
Phay rãnh răng dao
66
49
Hình 4.14.
Phay hớt lăng rãnh răng dao
67
50
Hình 4.15
Phay hớt lƣng đỉnh răng dao
67
- 10 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

51
Hình 4.16

59
Hình 4.24.
Hình mô phỏng phay dao tiện khi hớt lƣng
76
60
Hình 4.25.
Dao tiện sau khi hớt lƣng
76
61
Hình 4.26.
Mô hình dao tiện bao hình răng cầu lõm
77
62
Hình 4.27
Hình ảnh mô phỏng phay dao tiện bao hình răng
cầu lõm

77 - 11 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cơ cấu bánh răng đƣợc dùng rất phổ biến trong truyền động cơ khí. Các cơ


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

bao hình răng cầu đồng thời đƣa ra giải pháp để chế tạo dao tiện bao hình răng cầu
đạt độ chính xác yêu cầu.

b.Ý nghĩa thực tiễn.
Thiết kế, chế tạo cơ cấu tiện bao hình răng cầu làm cơ sở cho việc hình thành
công chế tạo răng cầu có ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu đƣa ra giải pháp
công nghệ ứng dụng trong điều kiện sản xuất chế tạo máy của nƣớc nhà.
3. Mục tiêu của đề tài
- Khảo sát lý thuyết về răng cầu.
- Thiết kế mô phỏng cơ cấu tiện bao hình răng cầu
- Chế tạo dao tiện bao hình bánh cầu
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và chế tạo thử
5. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài
- Khảo sát cơ cấu răng cầu
- Thiết kế mô phỏng cơ cấu tiện bao hình răng cầu
- Chế tạo thử dao tiện bao hình bao hình răng cầu .
- Kết luận và đánh giá kết quả.

- 13 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG VÀ CƠ CẤU
RĂNG CẦU
1.1. Truyền động bánh răng
1.1.1. Định nghĩa cơ cấu bánh răng

Hình 1.1. Cơ cấu bánh răng
- 14 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.1.3. Biên dạng răng thân khai
Bánh răng có biên dạng răng là đƣờng thân khai của đƣờng tròn đƣợc sử dụng rộng
rãi vì có nhiều ƣu điểm và đã đƣợc nghiên cứu hoàn chỉnh về công nghệ chế tạo. Hình 1.2. Đƣờng thân khai của đƣờng tròn
Định nghĩa: Khi cho đƣờng thẳng (

) lăn không trƣợt trên đƣờng tròn C
b
(O,r
b
) thì


Đối với các cơ cấu yêu cầu độ chính xác động học cao thì cơ cấu này không
đáp ứng đƣợc và cơ cấu răng cầu vành răng thân khai (hình 1.4) đã ra đời vào
những năm 90 của thế kỷ trƣớc. Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai [5] đƣợc ứng
dụng vào các lĩnh vực nhƣ: cổ tay và cánh tay rôbôt, hàng không vũ trụ, cơ cấu dẫn
hƣớng trong tên lửa, hệ thống điều khiển ăng ten vệ tinh …Răng cầu vành răng thân
khai có vành răng phân bố liên tục trên bề mặt cầu.

Hình 1.4. Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai.

dạng răng cong là một vành cong thân khai.
Một số thuật ngữ dùng cho bộ truyền răng cầu:
+ Trục cực: Là đường thẳng đi qua tâm hình cầu và vuông góc bề mặt vành
răng. Nó cũng là trục quay gia khi công bánh răng cầu.
+ Vành răng: Được hình thành khi cho profile một răng quay 360
0
xung quanh
trục cực.
Hình 1.5.Sự hình thành bề mặt vành răng thân khai.
- 17 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Cơ cấu răng lồi: Một cơ cấu răng cầu ở trên trục cực có răng là một răng
lồi tròn xoay.
+ Cơ cấu răng lõm: Một cơ cấu răng cầu trên trục cực răng là một rãnh răng
tròn xoay.
+ Đỉnh răng cầu: Là hình cầu tạo bởi vòng tròn đỉnh răng của bề mặt răng
quay 360
0
xung quanh trục cực.
+ Chân răng cầu : Là hình cầu tạo bởi vòng tròn chân răng của bề mặt răng
quay 360
0
quanh trục cực.
+ Cầu chia: Là hình cầu do vòng chia của bề mặt bánh răng quay 360
0
xung
quanh trục cực.
+ Cầu cơ sở: Là hình cầu do vòng tròn cơ sở của bề mặt răng quay 360


Khi quay hai biên dạng răng thân khai xung quanh trục quay nhƣ trên hình 1.6
tất cả các điểm đỉnh răng hoặc chân răng trở thành các vòng tròn đỉnh răng hoặc
chân răng của răng cầu còn các vòng tròn đỉnh răng, chân răng hoặc vòng chia lúc
này trở thành các mặt cầu đỉnh, chân răng hoặc mặt cầu chia của răng cầu.
Nếu lắp ghép hai chi tiết răng cầu số 1 và số 2 lên một cặp giá vạn năng có hai bậc
tƣ do thì hai chi tiết răng cầu số 1 và số 2 sẽ quay xung quanh hai tâm cầu O
1
và O
2
.

Hình 1.4c là mô hình của cơ cấu răng cầu trên hệ thống giá đỡ 2 bậc tự do. Với hệ
thống giá đỡ này cho phép cơ cấu răng cầu quay một góc bất kỳ quanh tâm của nó
trong phạm vi hoạt động của cơ cấu.
1.2.2. Đặc điểm về kết cấu và lắp ráp của cơ cấu răng cầu.
Quan sát răng cầu t một đầu trục, chúng ta nhận thấy rằng các răng trên bề
mặt cầu phân bố thành một nhóm vành răng đồng tâm. Trục răng cầu chính là

thể ăn khớp. Góc nghiêng bị giới hạn bởi hình dạng kết cấu, biên độ của nó giới hạn
trong 90
0
. Các răng của một chi tiết răng cầu đơn không chỉ đƣợc chế tạo trên một
vành cầu mà là trên tất cả bề mặt hình cầu. Việc lắp các chi tiết răng cầu cần một số
điều kiện. Một cặp răng cầu có thể đƣợc định vị và ăn khớp chỉ khi vị trí ban đầu
hệ trục răng cầu đƣợc căn chỉnh. T phía đối diện, biên dạng răng lồi có đặc điểm
truyền động của biên dạng răng thân khai bởi vì nó là một mặt xoay tròn của một
đƣờng sinh thân khai. Do đó, sự chuyển động của cơ cấu răng cầu có thể đƣợc tách
biệt, có nghĩa là nếu khoảng cách của hai tâm cầu có một sai lệch nhỏ, nó vẫn có thể
đáp ứng tất cả các nguyên tắc truyền động cơ bản. Hình 1.7. Sơ đồ lắp ghép của cơ
cấu răng cầu.

Hình 1.8. Mặt nón ăn khớp của cơ cấu
răng cầu.
Mặt cầu cơ sở
- 20 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.2.3. Đặc điểm truyền động của cơ cấu răng cầu.
Khi một cặp răng cầu ăn khớp, hai biên dạng răng tiếp xúc t đầu đến cuối
trong quá trình ăn khớp.
Chỉ khi hai trục của vành răng đƣợc căn chỉnh sao cho đƣờng tiếp xúc thực tế
tạo thành một vành để bề những bề mặt vành răng của chúng song song. Bởi vì
hình dạng răng trong bất kỳ mặt cắt dọc trục là giống nhƣ biên dạng răng của một
bề mặt răng trụ, nếu trục là đƣờng tâm, cơ cấu răng cầu có thể ăn khớp dọc theo bất

- 21 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Ngoài ra cặp răng cầu ăn khớp phải là đôi một với một chi tiết răng lồi và một
chi tiết răng lõm.
1.2.5 Điều kiện truyền động liên tục của cơ cấu răng cầu.
Đối với cơ cấu răng cầu, điểm ăn khớp nằm trên đƣờng cong giao nhau của
răng đỉnh cầu, chi tiết răng cầu bị động và mặt côn ăn khớp. Dễ dàng biết đƣợc
đƣờng cong giao nhau là một đƣờng tròn. Điểm ra khớp cũng nhƣ nhau và đƣờng
cong giao nhau cũng là một đƣờng tròn. Khi cơ cấu răng cầu không đối xứng theo
hƣớng nào, trong mặt nghiêng dịch chuyển, điểm ăn khớp sẽ di chuyển dọc theo
đƣờng sinh của mặt côn ăn khớp. Độ dài của đƣờng tiếp xúc thực tế là gấp đôi của
đƣờng sinh hình côn ăn khớp. Tại thời điểm đó, cơ cấu răng cầu chuyển động nhƣ
bánh răng bánh răng trụ răng thẳng. Độ dài của đƣờng thẳng tiếp xúc thực tế,
khoảng cách pháp tuyến giữa các răng liền kề, và công thức tính toán độ trùng
khớp, tất cả đều nhƣ nhau:
   
12
1 1 2 2
' ' / 2
aa
b
BB
Z tg tg Z tg tg
p
     

    










0
sin()cos(
)cos()sin(
10
10
10
z
uuury
uuurx
b
b
(1.2)
Ở đây
kk
u


gọi là góc cuộn.
kkk
tg






















0
)sin()()cos(
)cos()()sin(
).,(
10
10
10



kkkkkkb

z
v
 )12(
1
(i=0,1,2) (1.5)
Ở đây z
v1
là số răng tƣơng đƣơng của cơ cấu răng cầu.
Vành răng cong thân khai của cơ cấu răng cầu có t ở trên đƣờng thân khai
quay quanh trục. Trên hệ trục toạ độ nhƣ hình 1.9 b, Y là trục, vì vậy chúng ta biết
rằng đƣờng ngang của bề mặt xuyên qua Y, hệ trục toạ độ và biên dạng vành răng là
một đƣờng thân khai chuẩn. Bề mặt răng cầu là một tập hợp gồm tất cả đƣờng thân

Đƣờng thân khai
Vành thân khai
Hình 1.9. Hệ trục tọa độ của cơ cấu răng cầu vành răng thân
khai.
- 23 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

khai của biên dạng răng cầu. Phƣơng trình tham số của biên dạng răng cong nhƣ
sau:
 
 
 










sin)sin()cos(
)cos()cos(
cos)cos()sin(
).,(
1
1
1
uuur
uuur
uuur
z
y
x
yR
z
y
x
b
b
b
(1.6)
Thể hiện bằng phƣơng trình vector sau:
1
sin cosR x i yj x k


,x
1
,y
1
,z
1
) và
C
2
(O
2
,x
2
,y
2
,z
2
) là một hệ trục toạ độ di động gắn với cơ cấu răng cầu. Để việc
nghiên cứu thuận tiện, ta đơn giản hoá nó nhƣ hình 1.10b. Bởi vì
1

và
2

có quan
hệ nhƣ sau:
21
21
i
i

tan
1
1




(1.11)

- 24 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chi tiết N
0
.1 quay một góc

-C
10
:
C
1
– C
10
:
   
   
2
0
1
2
sin 1 cos cos cos .sin cos sin 1 cos
cos .sin cos sin .sin
sin .cos . 1 cos sin .sin cos . 1 cos cos
C
       
    
       

   






  






   
   
   


(1.13)
Vận tốc góc
1

của bánh răng N
0
.1 là nhƣ sau:
ki
"
1
'
1
"
1
'
11



(1.14)