TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
CÁC MÔĐUN QUAY TRONG ROBOT

Nguyễn Thiện Phúc, Nguyễn Tiến Đức,
Lê Hoàng Giang, Trung tâm NCKT Tự động hoá,
ĐHBK - HN

Tóm tắt:
Môđun quay bao gồm động cơ, bộ phận giảm
tốc và bộ phận phản hồi tín hiệu. Môđun quay, trong
robot nói riêng và trong các thiết bị hiện đại nói
chung, đòi hỏi nhiều tiêu chí như hiệu suất cao và đạt
được tỷ số giảm tốc lớn, chạy êm và triệt tiêu khe hở,
chịu được tải năng và cấu trúc nhỏ gọn. Môđun quay
được đề xuất trong bài này với hộp giảm tốc bánh
răng con lăn mới, đáp ứng xuất sắc các tiêu chí nói
trên

1. GIỚI THIỆU CHUNG
Môđun quay (rotation module) là bộ phận
quan trọng cấu thành robot. Môđun quay có chức năng
tạo ra sự quay của khớp động và quản lý được sự quay
đó. Thông thường môđun quay gồm có: động cơ điện
có thể kèm theo biến tần, hộp giảm tốc và cảm biến
tốc độ quay. Trong đó hộp giảm tốc ảnh hưởng lớn
đến kích cỡ và chất lượng của mođun quay.
2. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI MÔĐUN
QUAY
Môđun quay thường phải gắn trực tiếp với
khớp quay của robot. Vì thế yêu cầu đầu tiên đối với
môđun quay là có kích thước nhỏ gọn, trọng lượng

răng được truyền cho trục đầu ra bằng các chốt con
lăn xuyên qua các lỗ trên đĩa răng.
Hình 1
4. NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH DẠNG RĂNG LƯỢN
SÓNG CỦA ĐĨA RĂNG
Biên hình của đĩa răng được xác định từ đặc
điểm ăn khớp sau đây:
Điều kiện để điểm N là điểm tiếp xúc giữa
con lăn và biên hình răng nếu pháp tuyến của nó đi
qua tâm con lăn M và tâm ăn khớp P trong quá trình
ăn khớp máy (ăn khớp khi chế tạo đĩa răng).
Từ điều kiện đó, có thể xác định được toạ
độ của điểm N theo toạ độ của điểm M và điểm P,
như sau [4]:
pM
NM
pMMN
yy
Hình 2
Sau các phép biến đổi, từ (1) và (2) ta nhận
được phương trình đường biên hình răng ở dạng sau:







−−
−−=
)sin(Asin
)cos(sin
1
1
1
Z
Z
r
b
r

(4)

),cos(2
1
11
2
1
22
1
ϕ
ZAZrZAr
Z
b
dd
−+=
(5)
Hầu hết các ký hiệu dùng trong (1) ÷ (5) đã
được mô tả trên hình 2.
Ngoài ra:
ϕ - góc quay của đĩa răng Z
2

Z
2
- số răng của đĩa răng
Z
1
- số con lăn cố định, Z
2
= Z

rất cao. Do đĩa răng có số răng (Z
2
) ít hơn 1 so với số
răng con lăn (Z
1
) nên khi trục đầu vào quay được 1
vòng thì đĩa răng mới quay quanh trục tâm của nó
được 1 bước răng. Đĩa răng lại truyền trực tiếp
chuyển động quay sang trục đầu ra nhờ các chốt con
lăn gắn liền với trục đầu ra. Như vậy, truyền động
bánh răng con lăn có thể đạt tỷ số truyền (i) bằng
chính số răng của đĩa răng. Suy từ công thức tính tỷ
số truyền bánh răng hành tinh kiểu lệch tâm, ta có
công thức sau:

12
2
2
1
1
1
ZZ
Z
Z
Z
i
−
=
−
=

tích ở phần sau. Theo tính toán sơ bộ thì trung bình
kích thước giảm đi hơn một nửa, do đó trọng lượng
cũng giảm theo. Các đặc tính đó là rất phù hợp với các
đòi hỏi của mođun quay trong robot. Hình 5
2. Hộp giảm tốc RL duy trì được hiệu suất ở
mức cao ngay cả khi tỷ số truyền đạt được rất lớn.
Điều này không thể đạt được đối với hộp giảm tốc
bánh răng hành tinh thông thường. Đó là do trong
truyền động bánh răng kiểu mới này ma sát lăn đã
thay thế cho ma sát trượt tương tự như trong truyền
động vítme bi. Ngoài ra với những quan hệ hình động
học hợp lý ở vùng tiếp xúc giữa răng và con lăn còn
tồn tại màng dầu thuỷ động, nên không những nâng
cao đáng kể khả năng chịu tải mà còn cải thiện về hiệu
suất tăng lên rõ rệt.
Trên cơ sở công thức tính hiệu suất của hệ
thống bánh răng hành tinh kiểu lệch tâm, có thể xây
dựng biểu thức tính hiệu suất của hộp giảm tốc RL
như sau:
η =
1221

12
ε
πη








−−=
ZZ
f
(10)
với: ε - hệ số trùng khớp
f - hệ số ma sát
Dựa vào công thức xác định hệ số ma sát
giữa cặp mặt răng có màng dầu bôi trơn [3]

24,013,015,03,0
489,1
−−−−
∑
= RvVVf
(11)
trong đó:
V v à V
Σ
- Vận tốc tương đối và vận tốc

Con lăn tiếp xúc với răng đĩa răng luôn luôn có màng
dầu thuỷ động. Hai đĩa răng lắp lệch tâm đối xứng
với nhau nên triệt tiêu được khe hở cạnh răng, cân
bằng được lực ly tâm, tăng số răng cùng vào khớp
đến gần một nửa. Vì thế nâng cao đáng kể khả năng
chịu tải, giảm kích thước đi gần một nửa so với hộp
giảm tốc thông thường và tăng cao rõ rệt chất lượng
động lực học khi làm việc. Tất cả những đặc điểm đó
của hộp giảm tốc RL đã đảm bảo các yêu cầu cao của
các môđun quay trong robot. Môđun quay dùng bánh
răng con lăn là một sản phẩm kiểu mới và tỏ ra rất
phù hợp với kỹ thuật robot.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Koltrin N.I. Cơ học máy, M.1972 (tiếng Nga)
2. Litvin F.L - Lý thuyết ăn khớp bánh răng, M. 1968
(tiếng Nga)
3. Duxev I. I, Nguyễn Thiện Phúc, Phân tích đặc tính
tiếp xúc cục bộ trên cơ sở lý thuyết bôi trơn thuỷ
động. M, 1977 (tiếng Nga)
4. Nguyen Thien Phuc - Planetary cycloid roller gear
ruducer - Vietnam Journal of Mechanics. N.2 - 2002. CALCULATION, DESIGNING,
MANUFACTURING OF
ROTARY MEDULES FOR ROBOT

Nguyen Thien Phuc,
Nguyen Tien Duc, Le Hoang Giang,