LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Họ và tên tác giả luận văn
PHẠM THỊ THU HẰNG

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO BÁNH
RĂNG TRỤ THÂN KHAI RĂNG NGHIÊNG THEO PHƯƠNG PHÁP BAO
HÌNH KHÔNG TÂM TÍCH

Chuyên ngành : CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT
CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
1. GS.TSKH. BÀNH TIẾN LONG
2. TS. BÙI NGỌC TUYÊN

Hà Nội – Năm 2012

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

1


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

LỜI CAM ĐOAN

trọng và là loại chi tiết máy được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp
cũng như trong các máy móc thiết bị dùng trong đời sống sinh hoạt. Chúng là
những cơ cấu đóng vai trò chủ yếu trong hầu hết các máy, có ảnh hưởng trực tiếp
đến chất lượng làm việc, an toàn và tuổi thọ của máy.
Gia công bánh răng là một lĩnh vực cắt kim loại phức tạp nhất. Có lẽ không
một ngành nghề nào lại đòi hỏi những kiến thức sâu, rộng và khả năng sáng tạo
như ở gia công bánh răng. Để gia công bánh răng cần phải hiểu biết sâu sắc lý
thuyết ăn khớp bánh răng, khả năng tính toán các thông số hình học của bánh răng,
phân tích sơ đồ động của máy cắt răng và tính toán các thông số điều chỉnh máy.
Gia công bánh răng là một công việc khó đòi hỏi phải có những máy móc thiết bị
hiện đại như máy phay lăn răng, máy xọc răng, máy CNC …những dụng cụ chuyên
dùng như dao phay lăn răng, dao xọc răng,… đảm bảo bánh răng chế tạo đạt được
các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Ngày nay, trong quá trình sản xuất các bánh răng tiêu chuẩn và trong sản
xuất loạt lớn và hàng khối người ta thường sử dụng phương pháp gia công bao hình
có tâm tích. Tuy nhiên, trong thực tế nhiều khi cơ sở sản xuất có nhu cầu sản xuất
bánh răng theo loại hình sản xuất đơn chiếc, loạt nhỏ phục vụ cho thay thế, sửa chữa
nhưng không có các thiết bị, dụng cụ gia công răng theo phương pháp gia công bao
hình có tâm tích hoặc có nhu cầu chế tạo các bánh răng thân khai môdun phi tiêu
chuẩn, những bánh răng thân khai nghiêng có β lớn…. Trong những trường hợp
này, việc chế tạo bánh răng theo phương pháp trên thường không gặp nhiều khó
khăn, không thích hợp. Mặt khác chúng ta cũng cần phải quan tâm đến việc tiết
kiệm, tận dụng tối đa nguồn thiết bị máy công cụ vạn năng sẵn có. Chúng ta có thể
sử dụng các máy phay vạn năng với các dao phay đĩa môdun để gia công các bánh

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

3




LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 

m - Môdun
Z - Số răng của bánh răng
d - Vòng chia và đường kính vòng chia
α - Góc ăn khớp (góc áp lực)

δ - Góc cắt
ξ – hệ số dịch chỉnh dao
ms - Môdun ngang
mn - Môdun pháp
B - Chiều rộng bánh răng

β - Góc nghiêng răng
hd - Hệ số chiều cao đỉnh răng
hc - Hệ số chiều cao chân răng
h - Chiều cao răng
c - Hệ số khe hở chân răng
d1, d2 - Đường kính vòng tròn lăn
df1, df2 - Đường kính vòng tròn chân răng
da1, da2 - Đường kính vòng tròn đỉnh răng
aw- Khoảng cách trục
Zgc- Là số răng của bánh răng cần gia công

γ - Góc trước của dao
αN - Góc sau tại tiết diện pháp tuyến


tp - Bước xoắn
d0 - Đường kính vòng tròn cơ sở

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

6


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

DANH MỤC CÁC BẢNG 
STT

Tên bảng

Trang

1

32

2

Hệ số ảnh hưởng của vật liệu gia công khác nhau tới lượng chạy
dao:
Tốc độ cắt khi phay bằng dao phay đĩa môđun.

3

Các hệ thức để xác định các tham số Ru ,zu, σ u của profin dụng cụ


Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

7


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 
STT

Tên hình vẽ đồ thị

Trang

1

Các bộ truyền bánh răng

2

Sơ đồ nguyên lý tạo đường thân khai

3

Sơ đồ nguyên lý tạo biên dạng mặt trụ thân khai răng thẳng bằng
phương pháp bao hình

4


10

Nguyên lý cắt răng trụ bằng dao phay đĩa modun

11

Nguyên lý phay lăn răng

31
35

12

Nguyên lý cắt răng

13

Sơ đồ phay lăn răng

14

Dao phay lăn dạng trục vít

15

Sơ đồ nguyên lý của máy phay lăn răng thông thường

16

Sơ đồ xọc răng

Mô tả chuyển động xoắn vít của một mặt helicoid

23

Minh họa mối quan hệ của 2 hệ trục tọa độ Oxyz và O1x1y1z1

24

Sơ đồ tính profin bánh răng thân khai

25

Biên dạng răng của bánh răng nghiêng lý thuyết

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

36
37
37
38
39
40
40
42
42
42
44
45
46
48

Sơ đồ phay bánh răng nghiêng

59

31

Hướng chéo của dao phay đĩa và các yếu tố của rãnh xoắn

60

32

Sơ đồ truyền động

60

33

Sơ đồ động khi phay bánh răng trụ răng nghiêng trên máy phay vạn
năng
Cách lắp bánh răng thay thế

61

34

61
64

35


73

41

Gá phôi trên trục gá

74

42

Căn định tâm dao trùng tâm phôi

74

43

Biểu diễn các bánh răng thay thế trên máy

74

44

Cấu tạo đâu phân độ

76

45

Biên dang răng của bánh răng nghiêng lý thuyết


86

51

Profin lý thuyết của bánh răng

89

52

Tập điểm đo của profin gia công bánh răng

91

53

Cách xác định sai số ∆

91

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

9


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

Mục Lục 
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. 1 


10


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM GIA CÔNG GẦN ĐÚNG BÁNH RĂNG TRỤ THÂN
KHAI RĂNG NGHIÊNG THEO PHƯƠNG PHÁP BAO HÌNH KHÔNG TÂM TÍCH ... 60 

3.1.Lý thuyết gia công bánh răng nghiêng theo phương pháp bao hình gần
đúng ....................................................................................................................... 60 
3.1.1 Nguyên tắc hình thành rãnh xoắn khi phay bánh răng trụ răng nghiêng.......... 60 
3.1.2.. Tính bộ bánh răng thay thế .............................................................................. 62 
3.1.3. Lắp bộ bánh răng thay thế và xoay góc nghiêng bàn máy khi phay bánh răng
trụ răng nghiêng. .................................................................................................... 64 
3.1.4. Xoay bàn máy.................................................................................................... 66 
3.1.5. Tính và chọn dao phay ................................................................................... 66 
3.1.6. Tiến hành phay.................................................................................................. 67 
3.2. Thiết kế mô hình thực nghiệm .................................................................................. 70 
3.2.1. Thiết kế bản vẽ chế tạo bánh răng nghiêng thực nghiệm ................................. 70 
3.2.2. Thực nghiệm gia công ....................................................................................... 72 
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ SAI SỐ VÀ KẾT LUẬN ................. 80 

4.1. Xây dựng bề mặt răng lý thuyết bánh răng thực nghiệm............................... 80 
4.1.1. Xây dựng phương trình bề mặt ......................................................................... 80 
4.1.2. Xây dựng thuật toán và phần mềm mô phỏng bề mặt nguyên lý chi tiết .......... 81 

4.2. Tiến hành kiểm tra đánh giá sai số ................................................................ 83 
4.2.1. Cách kiểm tra truyền thống............................................................................... 83 
4.2.2. Kiểm tra profin của bánh răng thự nghiệm bằng ứng dụng CMM ................... 86 

thấy trong các loại máy móc. Sử
dụng bộ truyền bánh răng có thể
truyền được chuyển động quay
giữa các trục song song nhau,
chéo nhau hoặc cắt nhau.

Hình 1: Các bộ truyền bánh răng

Có nhiều loại bộ truyền bánh răng được sử dụng trong thực tế (hình 1). Các bộ
truyền bánh răng với biên dạng răng hiện nay chủ yếu sử dụng ba đường cong sau
đây: đường thân khai, đường cycloid, cung tròn.
Nhưng ứng dụng của bánh răng thân khai là phổ biến nhất, nó được dùng
trong ôtô, máy kéo, hộp tốc độ, máy công cụ, máy nông nghiệp, máy cần cẩu , băng
tải và nhiều loại thiết bị khác.
Gia công bánh răng là một công việc khó vì vừa phải đảm bảo cho được các
chỉ tiêu kỹ thuật vừa phải kinh tế. Chọn phương pháp gia công bánh răng phụ thuộc

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

12


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

vào vật liệu, độ chính xác và kết cấu của bánh răng, yêu cầu về khả năng truyền tải
và các chỉ tiêu kinh tế.
Có nhiều phương pháp gia công bánh răng, trong ngành cơ khí. Thông
thường, trong sản xuất hàng loạt, hàng khối các bánh răng thân khai tiêu chuẩn
thường sử dụng các phương pháp bao hình có tâm tích, khác với những bánh răng
thân khai môđun phi tiêu chuẩn, những bánh răng thân khai nghiêng có β lớn trong

lĩnh vực bánh răng.
Ở nước ta từ lâu đã biết dùng bánh răng (trong máy ép nước mía). Thời Lý,
Trần đã chế tạo được máy đồng hồ đơn giản, rùa máy bơi dưới nước ….
Ngày nay với sự phát triển khoa học công nghệ, các loại máy móc, thiết bị
gia công ngày càng phát triển với công suất và tốc độ cao. Nhiều loại máy mới xuất
hiện, trình độ chế tạo tiến bộ không ngừng, kinh nghiệm và kiến thức ngày càng
phong phú. Máy móc, công nghệ gia công bánh răng cũng phát triển không ngừng,
với nhiều phương pháp gia công cắt gọt như tiện, phay, xọc, chuốt, bào, mài…,gia
công CNC, gia công áp lực,.. áp dụng trong nhiều loại hình sản xuất như đơn chiếc,
loạt nhỏ, loạt lớn, hay hàng khối. Như viện nghiên cứu cơ khí đã nghiên cứu thành
công công nghệ chế tạo bánh răng tốc độ thấp cho máy công cụ, xí nghiệp cơ
khí Quang Trung đã nghiên cứu, thiết kế chế tạo thành công bộ truyền động bánh

răng hành tinh tích hợp trong cụm cơ cấu nâng, ngoài ra để chế tạo các chi tiết
lớn có độ bền cao, đặc biệt là các bánh răng có kích thước lớn của các hộp giảm tốc,
người ta phải sử dụng công nghệ rèn ép. Công nghệ này đòi hỏi phải đầu tư các thiết
bị ép thuỷ lực có lực ép đến hàng chục nghìn tấn. Nhưng nhóm nghiên cứu thuộc
Viện nghiên cứu Cơ khí (Bộ Công nghiệp) đã thực hiện thành công công nghệ phối
hợp hàn và gia công áp lực tạo phôi chi tiết lớn chất lượng cao…
Trong thực tế nhiều khi chúng ta cần sản xuất đơn chiếc các bánh răng thay
thế cho các bánh răng hư hỏng, phục vụ cho sửa chữa những thiết bị. Việc đặt hàng
chế tạo đơn chiếc các bánh răng, đặc biệt là các bánh răng có môdun phi tiêu chuẩn,
bánh răng thân khai nghiêng có β lớn ở các nhà máy gặp nhiều khó khăn, giá thành
đắt….Mặt khác nhiều cơ sở sản xuất lại không có các thiết bị gia công bánh răng
chuyên dùng như máy phay lăn răng, máy xọc răng… hoặc có thiết bị nhưng lại
không có dụng cụ cắt phù hợp. Trong những trường hợp này có thể chế tạo bánh
răng trụ răng thẳng hoặc răng nghiêng trên máy phay vạn năng có đầu phân độ. Ở

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng


răng nghiêng, mô hình hóa bề mặt răng nghiêng.
- Xây dựng được phương trình lý thuyết của profin dao phay đĩa môdun gia công
chính xác bánh răng nghiêng.
- Thực nghiệm gia công gần đúng bánh răng trụ thân khai răng nghiêng theo
phương pháp bao hình không tâm tích.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

15


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

- Kiểm tra đánh giá sai số theo phương pháp truyền thống và bằng máy đo tọa độ 3
chiều.
* Đóng góp mới của tác giả
- Xây dựng phương trình lý thuyết bề mặt răng bánh răng trụ thân khai răng
nghiêng, mô hình hóa bề mặt răng nghiêng.
- Thiết kế chính xác profin dao phay đĩa môdun khi gia công bánh răng nghiêng
theo phương pháp bao hình không tâm tích.
- Thực nghiêm gia công gần đúng bánh răng nghiêng trên máy phay vạn năng và
kiểm tra đánh giá sai số profin răng bằng máy đo tọa độ 3 chiều (CMM).
5.  Ph

ng pháp nghiên c u 

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
6. D  ki n k t qu  đ t đ

c 

ng thân khai 

a. Nguyên lý hình thành đường thân khai
Cho một đường thẳng ∆ lăn không trượt trên đường tròn (O,r0), khi đó quĩ
đạo của một một điểm M bất kì trên đường thẳng ∆ chính là một đường thân
khai.(Hình 1.1)

t

X
Mo

ααx

θ

ro

O

M
t

α
αx

N

Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý hình thành đường thân khai.
b. Tính chất đường thân khai

toạ độ là bán kính véctơ rx và góc toạ độ θX.
Trong đó : rx= OM

và

θ x = MOM 0

Từ hình vẽ, ta thấy : θ x = MOM 0 = NOM0 - NOM
⇒

θx =

NM 0
−α
r0

Với α là góc giữa bán kính vectơ rX và bán kính r0, nối tâm của vòng tròn cơ
sở và tâm đường thân khai tại M. Góc α cũng là góc giữa pháp tuyến của đường
thân khai tại M và vận tốc của điểm M khi vòng tròn cơ sở quay quanh O. Do đó,
α gọi là góc áp lực.

Ta có : rX =

r0
cosα X

Mặt khác, do tính chất của đường thân khai :
NM0=NM ⇔

NM 0 NM


Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý tạo mặt trụ thân khai
- Cho đường thân khai ab (hình 1.2) thuộc mặt phẳng xoy chuyển động tịnh tiến
dọc truc z với vận tốc v sẽ hình thành mặt trụ thân khai và tạo ra mặt răng của bánh
răng trụ thân khai răng thẳng.

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý tạo mặt xoắn vít thân khai
- Cho đường thân khai ab (hình 1.3) thuộc mặt phẳng xoy chuyển động vít dọc trục
r
z ( phối hợp chuyển động tịnh tiến đều dọc trục z với vận tốc v và quay đều xung
quanh trục z với vận tốc ω ) tao ra mặt xoắn vít thân khai và hình thành mặt răng
bánh răng trụ thân khai răng nghiêng.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

19


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

1.1.3. Tổng quan bánh răng trụ thân khai 
a. Giới thiệu bánh răng trụ thân khai
- Bánh răng trụ thân khai là loại chi tiết máy được sử dụng rộng rãi trong các
nghành công nghiệp, nông nghiệp, trong đời sống sinh hoạt của con người…
- Tác dụng của bánh răng trụ thân khai dùng để truyền chuyển động, mô men xoắn
giữa các trục song song với tỉ số xác định nhờ sự ăn khớp của các răng trên các
bánh răng.
- Ưu nhược điểm
+ Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn.
+ Tỉ số truyền không thay đổi.

Hình 1.4 : Các thông số bánh răng
Bộ truyền bánh răng trụ được đặc trưng bởi các thông số chính sau đây
(hình 1.4 đối với bánh nhỏ dùng chỉ số “1”, đối với bánh lớn dùng chỉ số “2”):
- Môdun m (môdun ăn khớp) là thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng.

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

21


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

t

Môdun m là tỉ số giữa bước răng t với số π , nghĩa là m = .
π

Môdul m là thông số cơ bản của bộ truyền bánh răng, hầu hết các kích thước
của bánh răng đều có thể được tính theo môdun m. Trị số của môdun được tiêu
chuẩn hoá từ 1 đến 12mm theo 2 dãy sau:
Dãy 1 (ưu tiên) : 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 2 ; 2,5 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 8 ; 10 ; 12.
Dãy 2

: 1,125 ; 1,375 ; 1,75 ; 2,25 ; 2,75 ; 3,5 ; 4,5 ; 5,5 ; 7 ; 9 ; 11.

- Số răng của bánh răng Z
- Tỷ số truyền i: i=

n1 Z 2
=


- Chiều cao răng h=2,25m
- Chiều cao đỉnh răng hd: hd=m
- Chiều cao chân răng hc=1,25m
- Góc ăn khớp α X (góc áp lực)
Tiêu chuẩn quy định góc profin của thanh răng sinh là α = 20o .
Góc áp lực trên vòng chia là thông số cơ bản đặc trưng cho hình dạng
profin thân khai răng. Trong quá trình hình thành cạnh răng thân khai bằng thanh
răng, góc giữa đường pháp tuyến chung của các cạnh thanh răng và cạnh răng bánh
răng với đường chia gọi là góc áp lực trên vòng chia.
Góc áp lực trên vòng chia αC cũng chính là góc ăn khớp trong quá trình
hình thành bánh răng thân khai bằng thanh răng hình thang.
Đối với bánh răng dịch chỉnh có góc ăn khớp khác với góc sinh của thanh
răng.
C. Bánh răng trụ thân khai răng nghiêng
™ Khái niệm, công dụng, ưu nhược điểm bánh răng trụ răng nghiêng
Bánh răng trụ răng nghiêng là một chi tiết máy có phương của răng nghiêng
so với đường sinh của mặt trụ một góc β , dùng để truyền chuyển động quay giữa
hai trục song song quay ngược chiều.
• So với bánh răng trụ răng thẳng bánh răng trụ răng nghiêng có những ưu
điểm là :

Tác giả: Phạm Thị Thu Hằng

23


LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY

- Truyền động êm hơn, không va đập ồn ào vì răng trước chưa ra khỏi thì răng


Các thông số hình học cơ bản của bánh răng trụ thân khai răng nghiêng
Bánh răng nghiêng nếu được trải phẳng (khai triển) sẽ tạo với đường trục của

bánh răng một góc β ( gọi là góc xoắn ). Do đó, hình dạng, bước răng và chiều dày
răng xét ở mặt đầu bánh răng sẽ khác khi xét ở mặt cắt thẳng góc với từng răng (mặt
pháp tuyến ).
- Modun m:
Đối với bánh răng nghiêng có :
+ Môdun pháp : mn
+ Môdun ngang : ms=

mn
cos β

⇒ d = ms.Z = mn.Z/cos β

Modun m là thông số đặc trưng cho kích thước của răng, hầu hết các kích
thước của bánh răng đều có thể được tính theo môdul m. Trị số của m = mn được

β

h

da

d
df

tn