BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN NGỌC CƯỜNG

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG CON LĂN
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204

S KC 0 0 3 9 8 8




LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Nguyễn Ngọc Cường
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 02/6/1984
Nơi sinh: Phú Yên
Quê quán: Phú Yên
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 14/6 Chu Mạnh Trinh – phường 3 – Tuy Hòa – Phú
yên
Điện thoại cơ quan:
Fax:
[email protected]
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Điện thoại nhà riêng: 01689519690
E-mail:

1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 10/2002 đến 3/ 2007
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Ngành học: TKM
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế và chế tạo máy tách hạt

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 2 năm 2013
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Ngọc Cường

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nổ
lực, cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô,
cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và đồng nghiệp trong suốt thời
gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Với lòng kính trọng và
biết ơn sâu sắc, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới:
PGS-TS Lê Hiếu Giang, người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Xin gởi lời tri ân nhất của tôi đối với
những điều mà Thầy đã dành cho tôi.
Các Thầy trong khoa Chế tạo máy đã hết lòng giúp đỡ để tôi hoàn thiện
luận văn này.
Gia đình, đồng nghiệp những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ
và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện
luận văn.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2013
Học viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Cường

iii





MỤC LỤC
TRANG TỰA

Trang

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC…………………………………………………………...i
LỜI CAM ĐOAN …………………………………………………………………ii
LỜI CẢM ƠN …………………………………………………………………....iii
TÓM TẮT ………………………………………………………………………...iv
MỤC LỤC …………………………………………………………………………v
DANH MỤC CÁC BẢNG ………………………………………………………viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ……………………………………………………ix
PHẦN I: MỞ ĐẦU ………………………………………………………………..1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: ………………………………………...1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI …………………………………………………3
3. ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CƢ́U ………………………………………3
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu ……………………………………………….......3
3.2. Phạm vi nghiên cứu …………………………………………………...3
4. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………………..3
5. NỘI DUNG THỰC HIỆN ………………..………………………………...4
6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ………………..6
PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CƢ́U ………………………….……………….7
Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VƢ̣C NGHIÊN CƢ́U …………………7
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ………………………………….…………12
2.1. GIỚI THIỆU TÓM LƢỢC CAD/CAM/CAE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG
DỤNG PHẦN MỀM TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ ….12
2.1.1. CAD (Computer Aided Design)……………………..…………….12

4.2. CHƢƠNG TRÌNH TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN BÁNH RĂNG
CON LĂN ………………………………………………………………….68
4.2.1. Lưu đồ khối ………………………………………………………..69
4.2.2. Nội dung chương trình ……………………………………….........72
4.2.3. Hướng dẫn sử dụng chương trình …………………………............79
Chƣơng 5 TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG CON LĂN
82

vi


5.1. CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ HÌNH BÀI TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO
BÁNH RĂNG CON LĂN ……………………………………………….....82
5.2. THIẾT KẾ BIÊN DẠNG ĐĨA RĂNG CYCLOID ………………..... 86
5.3. ỨNG DỤNG CAE TRONG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ BÁNH RĂNG
CON LĂN …………………………………………………………………..86
5.4. ỨNG DỤNG CAM TRONG GIA CÔNG BÁNH RĂNG CON LĂN
..90
5.4.1. Lưu đồ quá trình thiết lập qui trình công nghệ gia công chi tiết trên
Pro/ENGINEER ………………………………………………………....90
5.4.2. Chi tiết sau khi gia công …………………………………………..91
5.5. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ …………………………………..92
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ……………………...93
1. KẾT LUẬN ……………………………………………………………....93
2. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ……………………………..….94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………....95
PHỤ LỤC ………………………………………………………………………...97

vii


Hệ số quy đổi KHE

51

3.5

Giá trị hệ số k

53

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Bản vẽ hộp giảm tốc bánh răng con lăn

8

1.2

Động cơ - hộp giảm tốc bánh răng con lăn


Cấu tạo bộ truyền bánh răng con lăn

18

2.4

Khai triển của một hộp giảm tốc bánh răng con lăn

18

2.5

Mô tả nguyên lý làm việc của bộ truyền bánh răng con lăn

19

1.4
1.5

2.6

10
10
11

20

2.7



2.13

Đường bao trong đầy đủ của họ vòng tròn bán kính rc

28

3.1

Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng con lăn

30

3.2

Xác định các góc αi và

3.3

Lực pháp tuyến qn

34

3.4

Thông số bộ truyền bánh răng con lăn

35

3.5


Kích thước bộ truyền bánh răng

41

3.9

Sơ đồ tải trọng thay đổi

50

4.1

Lưu đồ khối Visual Basic xuất bảng tọa độ

58

4.2

Chương trình tính to ̣a đô ̣ X, Y

62

4.3

Lưu đồ khối AutoLISP vẽ biên dạng bánh răng con lăn

63

4.4


Nhập các thông số chung và riêng

79

4.10

Chương trình yêu cầu nhập các góc Anpha

80

4.11

Chương trình yêu cầu nhập các góc Gamma

80

4.12

Kết quả các lực tác dụng

81

5.1

82

5.2

Mô tả kích thước hình dáng của bộ truyền bánh răng con



PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, bộ truyền bánh răng con lăn có biên dạng răng
là đường Cycloid được sử dụng ngày càng rộng rãi. Đây là loại bộ truyền cho tỉ
số truyền cao, kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên việc ứng dụng loại bộ truyền bánh
răng con lăn vào thực tế còn nhiều hạn chế do sự phức tạp trong quá trình xây
dựng biên dạng và độ chính xác chế tạo răng đĩa Cycloid. Bộ truyền với ăn khớp
Cycloid có ý nghĩa lớn lao trong việc giải các bài toán đặt ra cho các hệ dẫn động
có kích thước nhỏ của các máy được chế tạo có sự tham gia trực tiếp của động
cơ điện lắp với các bộ truyền. Các động cơ - hộp giảm tốc này có thể được sử
dụng trong các ngành công nghiệp hoá học, cao su và thực phẩm, thí dụ dùng
trong máy nén và máy bơm, máy xay bột và máy nghiền, các dạng khác nhau
của máy khuấy và các loại thiết bị khác.
Sản xuất loại bộ truyền này theo phương pháp truyền thống cần có thiết bị
chuyên dùng phức tạp và khá đắt tiền, mà đầu tư thiết bị chuyên dùng này nếu
sử dụng không hết công suất sẽ gây lãng phí lớn. Vì vậy, tiến hành nghiên cứu
công nghệ gia công bánh răng con lăn trên máy phay CNC hay trên các trung
tâm gia công nhằm phát huy tối đa khả năng công nghệ của các máy phay CNC
đạt được độ chính xác và năng suất yêu cầu cũng là một vấn đề cần được nghiên
cứu.
Hơn nữa, Ở Việt Nam bộ truyền này chủ yếu nhập từ nước ngoài, hoặc
máy có sẵn mua từ nước ngoài có sử dụng bộ truyền này, việc nghiên cứu công
nghệ chế tạo bánh răng con lăn nhằm để chế tạo chi tiết thay thế khi hư hỏng bộ
truyền là cần thiết.
Trong lĩnh vực cơ khí, máy tính được ứng dụng trong 3 giai đoạn chính của
quá trình sản xuất - gia công gồm: Thiết kế, tính toán mô phỏng và điều khiển gia
công.


với sự trợ giúp của
máy tính
(CAM)

Chọn thiết kế với
sự trợ giúp của
máy tính

Mô phỏng

Chế tạo sản phẩm

Kiểm tra

2


Với mong muốn tìm hiểu sâu về lĩnh vực thiết kế và gia công, người nghiên cứu
chọn đề tài: “Tính toán – Thiết kế - Chế tạo biên dạng bánh răng con lăn” làm đề
tài cho luận văn Thạc Sĩ.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài nhằm nghiên cứu hình dạng, thông số hình học, phương pháp tính toán
thiết kế và công nghệ gia công bánh răng con lăn. Nghiên cứu kỹ thuật và khai thác
các phần mềm ứng dụng CAD/CAM/CAE để thiết kế, phân tích thiết kế và gia
công:
- Xây dựng mô hình bài toán, thiết lập phương trình nhằm xây dựng biên
dạng cho bánh răng con lăn.
- Phân tích thiết kế bộ truyền bánh răng con lăn.
- Nghiên cứu công nghệ gia công bánh răng con lăn trên máy phay CNC,
nhằm ứng dụng vào thực tiễn sản xuất cũng như trong công tác đào tạo.


GHI

NỘI DUNG

CHƢƠNG

CHÚ

Trong phầ n này , đề tài tâ ̣p trung nghiên
PHẦN I

MỞ ĐẦU

cứu:
+ Đối tượng nghiên cứu
+ Phạm vi nghiên cứu
+ Phương pháp nghiên cứu

PHẦN II
Trong chương này , đề tài tâ ̣p trung nghiên
Chƣơng 1

TỔNG

cứu về :

QUAN

+ Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

4


Chƣơng 3

PHÂN

Trong chương này, đề tài tâ ̣p trung nghiên

TÍCH

cứu:

THIẾT KẾ
BỘ
TRUYỀN
BÁNH

+ Cách xây dựng mô hình tính toán ứng
suất tiếp xúc bánh răng đĩa Cycloid.
+ Các công thức kiểm nghiệm bền bộ
truyền bánh răng con lăn.

RĂNG
CHƢƠNG
Chƣơng 4

TRÌNH
XÂY


+ Lâ ̣p trình Visual Basic với phương trình

BÁNH

lực đã xây dựng, từ đó cho phép người thiết

RĂNG

kế nhanh chóng tính các lực tác dụng lên

CON LĂN

TÍNH
Chƣơng 5

+ Lâ ̣p trin
̀ h biên da ̣ng bánh răng con lăn

bánh răng con lăn ở các vị trí khác nhau.
Trong chương này , đề tài tâ ̣p trung nghiên

TOÁN VÀ

cứu:

CHẾ TẠO

+ Tính ứng suất và chuyển vị bánh răng

BIÊN

tác đào tạo.
- Ý nghĩa thực tiễn
Trên cơ sở thiết kế, phân tích thiết kế, tiến hành lập trình gia công chi tiết
bánh răng con lăn trên máy phay CNC nhằm khai thác khả năng công nghệ
CAD/CAM, đưa loại bánh răng mới vào ứng dụng thực tiễn, điều này thực sự khiến
ngành cơ khí có những đóng góp to lớn và thiết thực hơn cho sự phát triển của nền
sản xuất trong nước.

6


PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CƢ́U
Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ LĨNH VƢ̣C NGHIÊN CƢ́U, CÁC
KẾT QUẢ NGHIÊN CƢ́U TRONG VÀ NGOÀI
NƢỚC ĐÃ CÔNG BỐ
Bộ truyền bánh răng chốt là loại bộ truyền đã được nghiên cứu từ những
năm 1950, tuy nhiên do có những hạn chế nên đã không được phát triển. Gần
đây dựa trên cơ sở của loại bộ truyền đó đã ra đời một loại bộ truyền mới là bộ
truyền bánh răng con lăn với những ưu điểm vượt trội so với những loại bộ
truyền khác.
Bộ truyền bánh răng con lăn được phát triển dựa trên bộ truyền bánh răng
chốt với bánh răng có biên dạng Cycloid hay gọi tắt là bộ truyền Cycloid. Biên
dạng Cycloid đã được một kỹ sư người Đức, Lorenz Braren, phát minh ra vào
năm 1931 và đã được nghiên cứu phát triển cho đến tận ngày nay. Ở Nga đã tiến
hành nghiên cứu về loại bộ truyền này từ những năm 1948. Đây là loại bộ
truyền cho tỉ số truyền cao, kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên việc ứng dụng loại
bộ truyền bánh răng chốt vào thực tế còn nhiều hạn chế do sự phức tạp trong
quá trình xây dựng biên dạng Cycloid và hiệu suất của bộ truyền chưa cao do

hiệu suất của hệ dẫn động nhờ làm tăng hệ số công suất (tăng hệ số cos) và
giảm đáng kể giá thành của thiết bị. Khi lựa chọn động cơ điện quay nhanh
không chỉ giảm đáng kể về giá thành, nâng cao hiệu suất và hệ số cos mà còn
có khối lượng nhỏ (một động cơ điện 7kW quay 3000 vòng/phút có trọng lượng

8