Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
Chơng 9
Gia công bánh răng

Bánh răng, bánh vít là những chi tiết dùng để truyền lực và chuyển động nhờ ăn
khớp mà ta thờng thấy trong các loại máy móc. Sử dụng bánh răng có thể truyền đợc
chuyển động quay giữa các trục song song nhau, chéo nhau hoặc vuông góc với nhau.
Gia công bánh răng là một công việc khó vì vừa phải đảm bảo cho đợc các chỉ
tiêu kỹ thuật vừa phải kinh tế. Chọn phơng pháp gia công bánh răng phụ thuộc 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 phơng pháp gia công bánh răng, bánh vít nhng ở chơng này chỉ
trình bày phơng pháp gia công bánh răng bằng cắt gọt.

9.1- Phân loại
Dựa vào mặt kết cấu, bánh răng đợc chia làm 3 loại:
- Bánh răng trụ (răng thẳng và răng nghiêng).
- Bánh răng côn (răng thẳng và răng xoắn).
- Bánh vít.
Dựa vào đặc tính công nghệ, bánh răng đợc chia làm các loại sau:
- Bánh răng trụ và côn không có mayơ và có mayơ, lỗ trơn và lỗ then hoa.
- Bánh răng bậc lỗ trơn và lỗ then hoa.
- Bánh răng trụ, bánh răng côn và bánh vít dạng đĩa.
- Trục răng trụ và trục răng côn.


độ quay sẽ gây ra tải trọng động, rung động và tiếng ồn của bộ truyền.
Độ chính xác này rất quan trọng đối với bộ truyền lực làm việc với tốc
độ lớn.
- Độ chính xác tiếp xúc: độ chính xác tiếp xúc đợc đánh giá bằng vết tiếp
xúc (diện tích và hình dáng) của prôfin răng theo chiều dài, chiều cao và đợc biểu
diễn bằng %.
Độ chính xác tiếp xúc ảnh hởng đến mức độ tập trung tải trọng trên các
vùng khác nhau của bề mặt răng, ảnh hởng đến độ bền và tuổi thọ của bộ truyền.
Độ chính xác này rất quan trọng đối với các bộ truyền có tải trọng lớn
và tốc độ thấp.
- Độ chính xác khe hở mặt bên: khe hở mặt bên là khe hở giữa các cạnh
răng trong bộ truyền (bánh răng càng lớn thì khe hở mặt bên càng lớn).
Khe hở mặt bên đợc xác định không phải bằng mức độ chính xác của
bộ truyền mà bằng công dụng và điều kiện sử dụng của nó. Ví dụ, với các bộ truyền có
tính đến góc quay cần có khe hở mặt bên nhỏ, còn với các bánh răng trong các turbin
tốc độ cao lại cần có khe hở mặt bên lớn.
Xuất phát từ đó, ng
ời ta quy định 4 cấp khe hở mặt bên của bộ truyền
nh sau:
+ Khe hở bằng 0.
+ Khe hở nhỏ.
+ Khe hở trung bình.
+ Khe hở lớn.
Trong đó, bộ truyền có khe hở trung bình đợc sử dụng rộng rãi nhất.
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
146
Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
9.3- vật liệu chế tạo
Việc chọn vật liệu để chế tạo bánh răng phụ thuộc vào điều kiện làm việc của
chúng. Mỗi một loại vật liệu đều thỏa mãn những yêu cầu riêng, đặc biệt là dùng cho

kim); thờng hoá (thép C chất lợng thờng CT51, CT61 hoặc thép C chất lợng tốt).
- Đối với nhóm bánh răng có độ rắn của mặt răng HB 350, bánh răng
đợc gia công trớc rồi mới nhiệt luyện. Lúc này bánh răng có độ bền cao, khả năng
tải lớn nhng cần phải gia công lại sau nhiệt luyện để khắc phục những biến dạng do
nhiệt luyện gây ra.
Với bánh răng có môđun và kích thớc nhỏ thờng đợc tôi thể tích. Tuy
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
147
Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
nhiên, phơng pháp này làm tăng độ bền nhng lại làm giảm độ dẻo, dai của lõi răng
nên bây giờ thờng dùng thấm than, thấm Ni, thấm Cyanua thay cho tôi thể tích.
Với bánh răng có môđun và kích thớc lớn thờng dùng tôi cao tần. Tôi cao
tần tức là dùng dòng điện có tần số cao (có thể lên đến 20.000 Hz) để đốt nóng bề mặt
rồi làm nguội nhanh, lúc này lõi bánh răng cha kịp nóng nên vẫn đảm bảo đợc độ
dẻo, dai ban đầu còn bề mặt răng thì độ bền, độ cứng đợc tăng lên rất cao, độ bóng bề
mặt không giảm nhiều, biến dạng bé... Tuy nhiên, tôi cao tần có giá thành rất cao nên
thờng chỉ dùng trong sản xuất hàng loạt lớn, hàng khối. Ngoài ra, ngời ta còn dùng
các phơng pháp gia công bề mặt răng bằng năng lợng cao nh tia laser, plasma...

9.6- yêu cầu kỹ thuật
Ngoài các yêu cầu về độ chính xác khi cắt răng, quy trình công nghệ chế tạo
bánh răng cần đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật sau đây:
- Độ không đồng tâm giữa mặt lỗ và đờng tròn cơ sở (vòng chia) nằm
trong khoảng 0,05 ữ 0,1 mm.
- Độ không vuông góc giữa mặt đầu và tâm lỗ nằm trong khoảng 0,01 ữ
0,015 mm trên 100 mm đờng kính.
- Mặt lỗ và các cổ trục của trục răng đợc gia công đạt độ chính xác cấp 7,
độ nhám bề mặt Ra = 1,25 ữ 0,63.
- Các bề mặt khác đợc gia công đạt cấp chính xác 8 ữ 10, độ nhám bề mặt
Rz = 40 ữ 10.

luyện, khi cần mài lại lỗ ngời ta phải dùng vành răng để định vị bằng vòng lăn.
Nh vậy, trong những trờng hợp gia công bánh răng có lỗ, chuẩn định
vị có thể là tất cả các bề mặt.
- Đối với các loại trục răng, chuẩn lắp ráp là bề mặt cổ trục. Vì vậy, phôi
của các loại bánh răng này đợc gia công nh các trục bậc và chuẩn định vị có thể là
mặt đầu, cổ trục và hai lỗ tâm.

9.9- quy trình công nghệ trớc khi cắt răng
Quy trình công nghệ gia công phôi trớc khi cắt răng bao gồm các nguyên công
nh sau:
- Gia công thô mặt lỗ.
- Gia công tinh mặt lỗ.
- Gia công thô mặt ngoài.
- Gia công tinh mặt ngoài.
Ngoài ra, nếu cần còn có thêm các nguyên công nh khoan lỗ, phay rãnh then,
then hoa trên trục răng hoặc làm ren...
- Khi sản lợng nhỏ, việc gia công phôi trớc khi cắt răng đợc thực hiện
trên máy tiện. Lỗ bánh răng cần phải doa vì yêu cầu phải có độ chính xác cao.
- Trong sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, thờng dùng phơng pháp
chuốt để gia công lỗ, kể cả lỗ có rãnh then, then hoa. Trong trờng hợp này, trớc khi
chuốt thờng đợc khoan hoặc khoét trên máy khoan đứng; các nguyên công khác chỉ
đợc gia công sau khi chuốt lỗ bởi vì phơng pháp chuốt có thể đạt đợc độ chính xác
kích th
ớc rất cao nhng độ chính xác về vị trí tơng quan của mặt lỗ với mặt khác lại
khá thấp.
Các mặt ngoài đợc gia công trên máy tiện bán tự động hoặc trên dây
chuyền tự động.
- Trong sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, thờng gia công chuẩn bị trớc khi
cắt răng trên các máy tiện và các máy rơvônve.
- Các bánh răng có đờng kính > 500 mm thờng đợc gia công chuẩn bị


Hình 9.2- Gia công
bánh răng
trụ bằng dao phay
định hình Phơng pháp này đợc sử dụng nhiều trên máy phay vạn năng có trang bị dụng
cụ phân độ. Khi gia công, chi tiết đợc gá vào ụ phân độ, dao đợc gá sao cho đờng
kính ngoài (dao phay đĩa môđun) hoặc mặt đầu (dao phay ngón) trùng với đờng sinh
cao nhất của chi tiết. Sau đó, điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có chiều sâu
theo yêu cầu (tùy theo môđun răng gia công). Tiến hành gia công.
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
150
Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
Gia công xong một răng thì dùng đầu phân độ để quay chi tiết một góc 360
0
/z
(với z là số răng cần gia công) rồi tiếp tục gia công răng tiếp theo, cứ thế cho đến hết.

* Răng nghiêng:

bánh răng trụ
chữ V bằng dao phay ngónĐặc điểm của phay định hình:
- Đạt độ chính xác thấp (cấp 7, 8); khó khăn trong việc điều chỉnh chính
xác vị trí tơng đối giữa dao và vật. Năng suất thấp nhng lại tơng đối đơn giản.
- Thờng là sản xuất bánh răng cho bộ truyền tốc độ thấp (< 5 m/s). Trong
sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối, đối với những bánh răng có môđun lớn, phơng
pháp này chỉ dùng để gia công phá.
- Dao phải có biên dạng rãnh răng, tuy nhiên rãnh răng lại thay đổi theo
môđun và số răng. Do vậy, để đảm bảo tính kinh tế, dao phay định hình đợc sản xuất
theo bộ 8, 15 hoặc 26 con với cùng môđun và góc ăn khớp. Mỗi dao dùng để sản xuất
một loại bánh răng trong phạm vi số răng nhất định và có hình dáng răng gần đúng.
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
151
Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
d Bào định hình
Bào răng định hình đợc thực hiện trên máy bào răng với dao định hình cũng có
prôfin giống prôfin rãnh răng hoặc dao thông thờng với dỡng. Khi gia công các rãnh
răng thì cũng dùng đầu phân độ theo từng răng.
Phơng pháp này đợc dùng chủ yếu để gia công thô các bánh răng ăn khớp
ngoài và trong có môđun lớn.
e Chuốt định hình
Gia công bánh răng bằng phơng pháp chuốt định hình cho năng suất và độ
chính xác cao, thờng dùng ở dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối.
Theo phơng pháp này, dao
chuốt có prôfin giống prôfin của
rãnh răng. Có thể chuốt một rãnh
hoặc nhiều rãnh cùng một lúc.


NN

Hình 9.6- Sơ đồ phay lăn răng. Hình 9.7- Dao phay lăn dạng trục vít
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
152
Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
Đây là phơng pháp sản xuất răng phổ biến nhất hiện nay, cho năng suất và độ
chính xác cao (có thể đạt cấp 4, 5).
Dụng cụ để phay lăn răng là dao phay lăn dạng trục vít thân khai mà prôfin của
nó ở mặt pháp tuyến N-N là thanh răng cơ bản.
Máy để gia công răng theo phơng pháp phay bao hình là máy phay lăn răng
trục thẳng đứng, trên đó dao với chi tiết thực hiện sự ăn khớp của bộ truyền trục vít.
Sự ăn dao của dao phay lăn là liên tục, tất cả các răng của bánh răng đợc gia
công đồng thời nên máy không cần thiết bị đổi chiều phức tạp, không cần cơ cấu phân
độ, do vậy tất cả thời gian phục vụ có liên quan đến công việc đó bị loại trừ, nâng cao
đợc năng suất.
* Răng thẳng:
Chuyển động bao hình đợc thực hiện dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa dao và phôi
Đó là các chuyển động quay
của dao và phôi, đồng thời dao còn
có chuyển động tịnh tiến dọc trục
của phôi nhằm cắt hết chiều dày của
bánh răng.

a) Gá dao nghiêng hớng phải.
b) Gá dao nghiêng hớng trái.
Lợng chạy dao của dao phay lăn theo phơng dọc trục của phôi sau một vòng
quay của phôi phụ thuộc vào tốc độ cắt của dao.
Cho đến nay, hầu hết các máy phay lăn đều làm việc bằng phơng pháp phay
nghịch (a) vì cắt êm, ít gây va đập, ít làm gãy vỡ dao.
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
153
Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
a) b)
Với các máy phay lăn đợc
cải biến cho phơng pháp phay
thuận (b), dao có vị trí đầu tiên là
ở dới vật và chạy dao từ dới lên,
phơng pháp này cho phép nâng
cao tốc độ cắt lên 20 ữ 40% và
lợng chạy dao lên 80%.
Hình 9.10- Sơ đồ cắt khi phay lăn răng.
Nếu bánh răng có môđun nhỏ thì phay bằng một lần cắt, bánh răng có môđun
lớn thì phải phay bằng một số lần cắt.
Các dao phay có đờng kính lớn hơn bảo đảm hiệu quả cắt lớn hơn, chất lợng
bề mặt răng tốt hơn và có độ chính xác cao hơn.
Khi cắt răng, có thể tiến dao theo hai cách: tiến dao hớng trục hoặc tiến dao
theo hớng kính rồi mới tiến theo hớng trục bánh răng (có thể rút ngắn đợc hành
trình phụ l).

a) b)

0

d
với,

0
: góc nghiêng trên
vòng chia của răng bánh răng
gia công.

d
: góc nâng ở vòng chia
của dao.
Hình 9.12- Sơ đồ phay lăn bánh răng nghiêng.
+ khi dao và chi tiết ngợc chiều nghiêng.
- khi dao và chi tiết cùng chiều nghiêng.
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
154
Giáo trình: Công nghệ chế tạo máy
=
0
+
d
n
d

d

0


Hình 9.13- Sơ đồ gá dao khi phay lăn răng nghiêng
a) Bánh răng nghiêng phải, dao xoắn phải.
b) Bánh răng nghiêng phải, dao xoắn trái.
Ngoài sơ đồ bên, có thể vẽ các sơ đồ gá dao khác khi phay bánh răng nghiêng
trái bằng các dao xoắn trái và phải.
Chú ý: Khi góc nghiêng của răng = 6 ữ 10
0
, nên gia công theo sơ đồ ngợc
chiều xoắn của bánh răng và dao (tức là bánh răng xoắn phải đợc gia công bằng dao
xoắn trái và ngợc lại). Còn khi góc nghiêng của răng > 10
0
thì gia công theo sơ đồ
cùng chiều xoắn của bánh răng và dao.
Một điểm cần hết sức chú ý rằng, vì hớng chạy dao S
d
song song với trục của
chi tiết nên khi phay lăn bánh răng nghiêng, phôi phải có chuyển động quay bổ sung
để hớng của răng dao lăn trùng với hớng răng gia công. Chuyển động này đợc thực
hiện nhờ bộ truyền dẫn vi sai đã đợc thiết kế trong xích truyền động của máy.
Rõ ràng là, khi phay lăn bánh răng thẳng, dao
tịnh tiến một đoạn S
i
sẽ gia công đợc đoạn răng
thẳng từ 1 2. Do đó, gia công bánh răng nghiêng
thì ta phải cho phôi thêm một chuyển động quay sao
cho với S
i
đó dao sẽ cắt từ 1 2.
2
1

cần gia công). Nếu nh chuyển động của bàn máy đợc nhanh thêm (hay chậm
đi) chỉ bằng một bớc răng thì dao phay phải dịch đi một quãng đờng S:

c
0
c
Z
gcot.D.
Z
L
'S

==

Sau khi bàn máy quay một vòng thì dao phay dịch chuyển đợc một đoạn S
ht
;
trong khi đó, sự quay của bàn máy đợc nhanh thêm (hay chậm đi) một góc tơng ứng
với số răng Z:

==
gcot.D.
S.Z
'S
S
Z
0
htcht
(S
ht

ZZ'Z

Vậy, khi phay lăn răng nghiêng cần đảm bảo tỷ số truyền giữa dao và chi tiết là:











===
0
ht
d
c
dc
d
D.
tg.S
1.
Z
Z
Z
'Z
n
n

Về bản chất, dụng cụ cắt là
một bánh răng mà mặt đầu đợc
tạo thành mặt trớc còn các mặt
bên tạo thành các mặt sau của
lỡi cắt. Trong quá trình gia
công, dụng cụ cắt chuyển động
cắt theo hớng dọc trục của bánh
răng và cùng với chi tiết có
chuyển động quay cỡng bức.
Khoảng cách trục của dụng
cụ cắt và chi tiết gia công đúng
bằng khoảng cách tâm của cặp
Hình 9.14- Sơ đồ xọc bánh răng trong.
bánh răng tơng tự ăn khớp không có khe hở.
Tốc độ vòng của dụng cụ cắt và chi tiết gia công phải tuân theo tỷ số:

c
d
d
c
Z
Z
n
n
=

trong đó, n
c
, n
d

xuống là thực hiện tách phoi và khi chuyển động trở lại là hành trình chạy không. Chi
tiết có chuyển động ra vào để dao không cà vào mặt đã gia công trong khi chạy không.
Lu đức bình - Bộ môn Chế tạo máy - Khoa Cơ khí - Trờng Đại học Bách khoa
157