ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
BẢN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
BỘ KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU RĂNG CẦU
NGUYỄN THỊ HẢI
THÁI NGUYÊN, NĂM 2012
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cơ cấu bánh răng là cơ cấu rất phổ biến trong truyền động cơ
khí. Các cơ cấu bánh răng truyền thống (bánh răng trụ, bánh răng
côn, trục vít bánh vít, bánh răng thanh răng) đã được nghiên cứu rất
hoàn chỉnh về mặt lý thuyết cũng như phương pháp chế tạo. Tuy
nhiên với các cơ cấu bánh răng truyền thống có độ cứng vững cao,
chế tạo đơn giản nhưng chỉ có 1 hoặc 2 bậc tự do nên khả năng linh
hoạt kém.
Cơ cấu răng cầu được phát minh bởi Pan Cunyun và Shang
Jianzhong vào năm 1990 là cơ cấu răng mới có nhiều bậc tự do, khả
năng linh hoạt rất cao do đó nó có thể truyền chuyển động và truyền
lực trong không gian.Về nguyên lí, cơ cấu có thể hoạt động như một
khớp cầu không gian với khả năng truyền động ăn khớp răng.
Trên thế giới cơ cấu răng cầu được ứng dụng trong các cơ cấu
đòi hỏi tính linh hoạt và độ chính xác cao trong truyền động như
khớp cổ tay, cánh tay rôbốt, máy dẫn đường cho tên lửa, hệ thống
điều khiển ăngten vệ tinh, cơ cấu phun sơn…
Theo các tài liệu công bố gần đây [1]… [7], cơ cấu răng cầu
mới chỉ được nghiên cứu và hoàn thiện về mô hình truyền động, mô
hình toán học, cấu trúc động lực học. Việc thiết kế và chế tạo hoàn
chỉnh cơ cấu răng cầu vẫn chưa được công bố. Trong các tài liệu
nghiên cứu đã được công bố về cơ cấu răng cầu: tác giả S C Yang

ứng dụng trong kỹ thuật.
3. Mục tiêu của đề tài
3
- Nghiên cứu lý thuyết về bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng
cầu.
- Thiết kế bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
- Mô phỏng quá trình chế tạo bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu
răng cầu.
- Chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
- Kiểm tra độ chính xác.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
5. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài
Chương 1: Tổng quan về cơ cấu răng cầu.
Chương 2: Thiết kế bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
Chương 3: Chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng
cầu.
Chương 4: Đánh giá kết quả thực nghiệm.
4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU RĂNG CẦU
1.1. Sự hình thành cơ cấu răng cầu
1.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai
Trên hình 1.3 mô tả nguyên tắc hình thành bề mặt vành răng
thân khai. Ở đây C là đường tròn cơ sở, KK là đường sinh, N và S là
hai giao điểm của mặt cầu cơ sở với trục quay, KK và trục quay nằm
trong mặt phẳng với đường tròn cơ sở.
Hình 1.3.Sự hình thành bề mặt vành răng thân
khai.
5
1.1.2. Sự hình thành cơ cấu răng cầu vành răng thân khai.

cơ cấu răng lồi và một cơ cấu răng lõm.
1.5 Điều kiện truyền động liên tục của cơ cấu răng cầu.
Độ dài của đường 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 như nhau:
7
( ) ( )
1 2
1 1 2 2
' ' / 2
a a
b
B B
Z tg tg Z tg tg
p
ε α α α α π
 
= = − + −
 
(1)
Ở đây, B
1
B
2
là chiều dài của đường ăn khớp thực, p
b
là khoảng
cách chuẩn của cơ cấu răng cầu. Z
1
,Z

b

Ở đây
kk
u
αθ
+=
gọi là góc cuộn.
kkk
tg
ααθ
−=
gọi là hàm
số thân khai.
k
α
là góc áp lực trên điểm k trên đường thân khai, r
b
là
bán kính của đường tròn cơ sở.
8
Trong khi trên hệ toạ độ Y-X phương trình tham số của đường
thân khai có những thay đổi sau đây:
1.7. Phân tích động học của cơ cấu răng cầu.
1.7.1. Mô hình toán học chuyển động của cơ cấu răng cầu.
1. Trước tiên, quay trục y
m
đến trục y
m
(y

, sự thay đổi hệ trục
( )
nnn
zyxO ,,,
thành ra hệ trục
( )
jjj
zyxO ,,,
.
Đường thân khai Vành thân khai
Hình 1.7. Hệ tọa độ của cơ cấu răng cầu vành răng thân khai.
9
Kể từ hệ trục
( )
iii
zyxO ,,,
và trục K không có sự quay với góc
θ
, mối quan hệ vị trí giữa hệ toạ độ
( )
iii
zyxO ,,,
và hệ toạ độ
( )
mmm
zyxO ,,,
là giống như mối quan hệ vị trí giữa hệ toạ độ
( )
jjj
zyxO ,,,


=

 

−
=
 

−
 

 

= −


( )
( )
( )
1 2
2
1
2 2
2
arcsin cos cos /
sin /
arccos
1 cos sin /
z

cần có những nghiên cứu tiếp theo.
- Các khảo sát về đặc điểm kết cầu và lắp ráp, đặc điểm
truyền động, điều kiện ăn khớp đúng, điều kiện trùng khớp, phương
trình tham số biên dạng răng của bánh răng cầu nhằm làm cơ sở cho
việc thiết kế động học cho các máy móc dùng để chế tạo bánh răng
cầu.
- Việc phân tích động học của cơ cấu bánh răng cầu nhằm
làm cơ sở cho các nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo
bánh răng cầu chính xác, hiệu quả theo yêu cầu kỹ thuật của nó.
11
CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO BỘ KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU
RĂNG CẦU
3.1. Tính tốn, thiết kế cơ cấu:
3.1.1. Tính tốn các thơng số cơ bản của cơ cấu:
Đường kính vòng chia: d = m*Z =3*25=75 (mm)
Đường kính vòng đỉnh: d
a
= d + 2*m =75+2*3=81 (mm)
Đường kính vòng chân: d
f
= d – 2,5*m =75-2,5*3=67,5 (mm)
Chiều cao răng : h = (2+2,5)* m/2=(2+2,5)*3/2=6,75
(mm)
Biên dạng bánh răng thân khai trên hình 3.2 xây xựng cho bánh
răng cầu lồi, trục xoay x-x đi qua tâm bánh răng và trung điểm đỉnh
răng.
O
Trục xoay
Vòng đỉnh
Vòng chia

Dao tiện
Bánh răng cầu
Cơ cấu
răng cầu
13
Hình 3.3. Sơ đồ tiện chép hình cơ cấu răng cầu.
3.2.1.2. Phương pháp phay chép hình. Hình 3.4. Sơ đồ phay chép hình cơ cấu răng cầu.
Phương pháp này cho độ chính xác không cao, độ chính xác
chi tiết gia công phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác chế tạo dụng cụ
cắt và độ chính xác của quá trình phân độ, định vị. Phương pháp này
chỉ áp dụng đối với sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ, cho các bộ truyền có
độ chính xác không cao.
3.2.2 Phương pháp bao hình.
3.2.2.1. Phương pháp tiện bao hình.
O
n
fñoä
S
Dao phay
Baùnh raêng caàu
n
1
n
d
Cơ cấu
răng cầu
O

1
n
2
Dao phay
Baùnh raêng caàu
phay bao hình
n
d
T
Cơ cấu
răng cầu
16
3.3.2. Thiết kế dao tiện chép hình cắt răng môđuyn m = 3, Z
tđ
=
25:
3.3.2.1. Vật liệu dụng cụ cắt:
*) Vật liệu phần cắt:
Sử dụng hợp kim cứng hai các-bít T15K6
*) Vật liệu phần thân dao:
Sử dụng thép các-bon dụng cụ Y10 để làm phần thân dao.
3.2.2.2. Thiết kế phần thân khai hiệu dụng của prôfin:
Biết các thông số sau của cơ cấu răng cầu cần gia công như
sau:
Mô đun: m = 3
Số răng: Z
tđ
= 25
Góc prôfin của dạng thanh bánh răng: α
∂

t
D
n
t
3.4.3. Chế độ cắt khi tiện trên máy CNC:
3.4.3.1. Chiều sâu cắt khi tiện:
Để đạt nhám bề mặt gia công Ra = 0,8, thì chiều sâu cắt khi
tiện t = 0,1 - 0,4 mm. Chọn t = 0,2 mm.
3.4.3.2. Lượng chạy dao (bước tiến) S, mm/vòng:
Lượng chạy dao S = 0,04 - 0,085mm. Chọn lượng chạy dao S
= 0,05 mm.
3.4.3.3. Tốc độ cắt:
Quan hệ giữa tốc độ cắt và số vòng quay trục chính:
Hình 3.17: Sự biến thiên của đường kính gia công và tốc độ trục
chính theo thời gian
3.5. Nhận định kết quả:
20
3.5.1.Thuận lợi:
So với các phương pháp khác sử dụng để gia công cơ cấu
răng cầu thì phương pháp tiện chép hình có một số ưu điểm nổi bật
như sau:
- Nguyên lý gia công tương đối đơn giản.
- Dụng cụ cắt chế tạo dễ dàng bằng phương pháp cắt dây mà vẫn đảm
bảo chính xác biên dạng thân khai.
- Chi tiết sau khi gia công bằng phương pháp tiện định hình đảm bảo
độ chính xác về biên dạng thân khai cũng như đảm bảo độ chính xác
ăn khớp.
- Chi phí gia công tương đối thấp.
3.5.2. Khó khăn:
Tuy vậy, tiện chép hình cũng chỉ được dùng trong việc gia

giải phương pháp gia công đạt hiệu quả nhất. Các nghiên cứu trình
bày ở trên đã đạt được mục tiêu của đề tài với các kết quả sau:
• Mô hình hóa hình học bề mặt bánh răng cầu, đặc điểm truyền
động của cơ cấu bánh răng cầu.
• Đưa ra phương án thiết kế mô hình cơ cấu bánh răng cầu
theo hai tham số modul và số răng kết hợp với việc xây dựng
biên dạng thân khai bằng hình học giải tích, đảm bảo độ
chính biên dạng của cơ cấu.
• Thiết kế hoàn chỉnh cơ cấu bánh răng cầu trên phần mềm
Catia V5R20.
• Đề xuất một số giải pháp gia công chế tạo chi tiết bánh răng
cầu.
• Chế tạo thành công bộ khớp nối linh động dùng cơ cấu răng
cầu, trong đó bộ truyền bánh răng cầu được chế tạo bằng
phương pháp tiện chép hình đạt yêu cầu kỹ thuật.
4.2. Hướng phát triển của đề tài
Một số hướng nghiên cứu cần thiết để tiếp tục phát triển đề tài:
23
• Gia công tinh bánh răng cầu bằng phương pháp mài nghiền
bao hình.
• Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm bánh răng cầu theo
phương pháp phay chép hình.
• Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm bánh răng cầu theo
phương pháp phay và mài bao hình.
• Phát triển ứng dụng bộ khớp nối mềm và bộ định hướng linh
hoạt dùng cơ cấu răng cầu và khớp cầu định tâm cơ cấu để
nâng cao độ chính xác ăn khớp.
24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt