Tài liệu Thiết kế, mô phỏng cơ cấu tiện bao hình răng cầu và chế tạo dao tiện bao hình răng cầu trên máy cnc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ****** BÁO CÁO TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CƠ CẤU TIỆN BAO HÌNH RĂNG CẦU VÀ CHẾ TẠO DAO TIỆN BAO HÌNH RĂNG CẦU TRÊN MÁY CNC. Học Viên: Dương Đức Huy Lớp: CHK12 CTM Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy HDKH: TS. Hoàng Vị THÁI NGUYÊN - 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -1- LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn. Các kết quả kết quả tính toán, mô phỏng đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Hoàng Vị là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ công trì nh nào khác . Tác giả Dương Đức Huy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -2- Lời cảm ơn Bằng tất cả sự kính trọng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Vịđã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Đồng thời, xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Khoa Đào tạo sau đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này. Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và người thân đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Dương Đức Huy Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -3- MỤC LỤC Nội dung Trang Lời cam đoan.................................................................................................... 1 Lời cảm ơn ....................................................................................................... 2 Mục lục ............................................................................................................. 3 Danh mục chữ viết tắt ...................................................................................... 7 Danh mục các hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị ......................................................... 8 Phần mở đầu .................................................................................................. 11 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 11 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 11 3. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ 12 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................. 12 5. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài .................................... 12 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG VÀ CƠ CẤU RĂNG CẦU 1.1. Truyền động bánh răng ............................................................................. 13 1.1.1. Định nghĩa cơ cấu bánh răng ............................................................ 13 1.1.2. Phân loại cơ cấu bánh răng ............................................................... 13 1.1.3. Biên dạng thân khai .......................................................................... 14 1.2. Cơ cấu răng cầu ..................................................................................... 14 1.2.1. Cơ sở hình học của cơ cấu răng cầu ................................................... 16 1.2.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai............................. 16 1.2.1.2. Sự hình thành răng cầu vành răng thân khai ................................ 17 1.2.2. Đặc điểm kết cấu và lắp rắp của cơ cấu răng cầu ............................. 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -4- 1.2.3. Đặc điểm truyền động của cơ cấu răng cầu ....................................... 20 1.2.4. Điều kiện ăn khớp đúng của cơ cấu răng cầu ..................................... 20 1.2.5. Điều kiện truyền động liên tục của cơ cấu răng cầu ............................21 1.2.6. Phƣơng trình tham số biên dạng của chi tiết dẫn động........................ 21 1.2.7. Phân tích động học cơ cấu răng cầu .....................................................26 1.2.7.1.Mô hình toán học chuyển động của cơ cấu răng cầu .....................26 1.2.7.2. Phân tích động học cơ cấu răng cầu ...............................................27 1.2.7.3. Phân tích động học cơ cấu đĩa răng- răng vành cầu....................... 31 1.2.8. Kiểu truyền động hành tinh của cơ cấu răng cầu............................... 32 1.2.9. Kết luận .................................................................................................35 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO BÁNH RĂNG 2.1. Phƣơng pháp chế tạo bánh răng .......................................................... 36 2.1.1. Phƣơng pháp chép hình .................................................................... 36 2.1.2. Phƣơng pháp bao hình ..................................................................... 36 2.2. Phƣơng pháp chế tạo răng cầu ............................................................ 37 2.2.1. Đặc điểm hình học của bộ truyền ................................................... 37 2.2.2. Phƣơng pháp chép hình .................................................................. 38 2.2.3. Phƣơng pháp bao hình ................................................................... 39 2.3. Tiện chép hình ................................................................................... 39 2.4. Phay chép hình ................................................................................. 43 2.5. Mài chép hình ................................................................................. 47 2.6. Tiện bao hình .................................................................................... 48 2.7. Phay và mài bao hình .......................................................................... 48 2.8. Kết luận ..................................................................................................49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -5- CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CƠ CẤU TIỆN BAO HÌNH RĂNG CẦU 3.1. Thiết kế các chuyển động bao hình .................................................... 50 3.1.1. Sơ đồ cấu trúc động học của tiện bao hình ................................... 50 3.1.1.1. Sơ đồ gia công ........................................................................ 50 3.1.1.2. Thiết lập sơ đồ cấu trúc động học .......................................... 51 3.1.2. Các vấn đề về dao tiện bao hình .................................................... 52 3.1.3. Các vấn đề về máy ........................................................................ 52 3.2. Mô phỏng cơ cấu tiện bao hình răng cầu .......................................... 52 3.2.1. Giới thiệu về phần mềm Pro/engineer wildfire 5.0 ..................... 53 3.2.2. Mô phỏng tiện bao hình răng cầu bằng phần mềm Pro/Egineer. 54 3.3. Kết luận ............................................................................................. 57 CHƢƠNG 4. THIẾT KẾ CHẾ TẠO DAO TIỆN BAO HÌNH GIA CÔNG RĂNG CẦU 4.1. Cơ sở thiết kế dao tiện bao hình .......................................................... 58 4.1.1. Nguyên lý hình thành biên dạng răng dao .................................... 58 4.1.2. Thanh răng cầu của vành răng cầu lõm ....................................... 59 4.1.3. Thanh răng cầu của vành răng cầu lồi .......................................... 59 4.1.4. Các bán kính cung tròn của thanh răng so với trục quay XX, X'X'. 60 4.1.5. Các chuyển động khi cắt răng bằng dao tiện bao hình .................... 62 4.1.6. Profile răng dao ................................................................................ 63 4.2. Tạo hình dao tiện bao hình ................................................................. 66 4.2.1. Phay thô các rãnh răng .................................................................. 66 4.2.2. Phay hớt lƣng rãnh răng dao ..................................................... 67 4.2.3. Phay hớt lƣng đỉnh răng dao tiện .................................................. 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -6- 4.2.4. Mài mặt trƣớc trên máy mài phẳng ............................................... 68 4.3. Chế tạo dao tiện bao hình răng cầu ............................................ 68 4.3.1. Lựa chọn phƣơng pháp và vật liệu chế tạo ................................... 68 4.3.2. Giới thiệu về máy phay CNC DMU 50 ....................................... 69 4.3.3. Chế tạo dao tiện bao hình răng cầu lồi ................................ 70 4.3.4. Chế tạo dao tiện bao hình răng cầu lõm ................................ 76 4.4. Kết luận................................................................................................... 77 KẾT LUẬN CHUNG 80 Tài liệu tham khảo ........................................................................................ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 http://www.lrc-tnu.edu.vn -7- DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CNC Computer Numerical Control CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CAE Computer Aided Engineering CIM Computer integrated manufacturing Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -8- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP Nội dung TT Hình Trang 1 Hình 1.1. Cơ cấu bánh răng 13 2 Hình 1.2. Đƣờng thân khai của đƣờng tròn 14 3 Hình 1.3. Cơ cấu răng cầu Trallfa 15 4 Hình 1.4. Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai 16 5 Hình 1.5. Sự hình thành bề mặt vành răng thân khai 16 6 Hình 1.6. Sự hình thành răng cầu vành răng thân khai 18 7 Hình 1.7. Sơ đồ lắp ghép cơ cấu răng cầu 19 8 Hình 1.8. Mặt nón ăn khớp của cơ cấu răng cầu 19 9 Hình 1.9. Hệ trục tọa độ của cơ cấu răng cầu thân khai 22 10 Hình 1.10 Hệ trục tọa độ của cơ cấu răng cầu 24 11 Hình 1.11. Phép quay của 2 hệ trục tọa độ quanh trục 27 12 Hình 1.12 13 Hình 1.13. Hệ trục tọa độ của cơ cấu đĩa răng-răng cầu 31 14 Hình 1.14. Kiểu truyền động hành tinh của cơ cấu BR cầu 33 15 Hình 1.15. Kiểu truyền động hành tinh đơn giản 34 16 Hình 2.1. Cắt răng theo phƣơng pháp chép hình 36 17 Hình 2.2. Cắt răng theo nguyên lý bao hình 37 18 Hình 2.3. Hình thành vành răng cầu lồi 38 19 Hình 2.4. Hình thành vành răng cầu lõm 38 20 Hình 2.5. Sơ đồ gia công tiện chép hình răng cầu 40 21 Hình 2.6. Dao tiện chép hình răng cầu 40 22 Hình 2.7. Sơ đồ tính thiết kế dao tiện chép hình 41 23 Hình 2.8. Sơ đồ gia công phay chép hình răng cầu 43 24 Hình 2.9. Dao phay ngón 45 Mối quan hệ giữa góc quay và tọa độ trên hình cầu truyền động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 28 http://www.lrc-tnu.edu.vn -9- 25 Hình 2.10. Sơ đồ hớt lăng dao phay ngón 46 26 Hình 2.11. Sơ đồ gia công mài chép hình răng cầu 47 27 Hình 2.12. Đá mài chép hình răng cầu 47 28 Hình 3.1. Sơ đồ gia công khi tiện bao hình răng cầu 50 29 Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc động học khi tiện bao hình răng cầu 51 30 Hình 3.3. Giao diện của phần mềm Pro/engineer wildfire 5.0 54 31 Hình 3.4. Xác định vị trí giữa phôi và dao tiện bao hình 54 32 Hình 3.5. Bắt đầu cắt 55 33 Hình 3.6. Đang cắt 55 34 Hình 3.7. Hoàn thành quá trình cắt 56 35 Hình 3.8. Kết thúc quá trình gia công 56 36 Hình 4.1. Thanh răng cầu 58 37 Hình 4.2. Chi tiết răng cầu lồi và răng cầu lõm 58 38 Hình 4.3. Thanh răng răng cầu lõm 59 39 Hình 4.4. Thanh răng sinh dao tiện răng cầu lõm 59 40 Hình 4.5. Thanh răng cầu lồi 60 41 Hình 4.6. Thanh răng sinh dao tiện răng cầu lồi 60 42 Hình 4.7. Thanh răng cầu lõm 60 43 Hình 4.8. Thanh răng cầu lồi 61 44 Hình 4.9. Các thành phần chuyển động 62 45 Hình 4.10 Dao tiện bao hình răng cầu lõm 63 46 Hình 4.11. Dao tiện bao hình răng cầu lồi 64 47 Hình 4.12. Các profile răng dao 65 48 Hình 4.13. Phay rãnh răng dao 66 49 Hình 4.14. Phay hớt lăng rãnh răng dao 67 50 Hình 4.15 Phay hớt lƣng đỉnh răng dao 67 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 10 - 51 Hình 4.16 Máy phay CNC DMU 50 DECKEL MAHO 69 52 Hình 4.17. Mô hình dao tiện trong Solidwork 71 53 Hình 4.18. Mô hình dao tiện trong Pro/engineer 71 54 Hình 4.19 Các ứng dụng của phần mềm Cimatron E 72 55 Hình 4.20. Giao diện của phần mềm Cimatron E 72 56 Hình 4.21. Quá trình phay dao tiện bao hình răng cầu 75 57 Hình 4.22. Màn hình hiển thị quá trình gia công 74 58 Hình 4.23. Hình mô phỏng phay dao tiện 76 59 Hình 4.24. Hình mô phỏng phay dao tiện khi hớt lƣng 76 60 Hình 4.25. Dao tiện sau khi hớt lƣng 76 61 Hình 4.26. Mô hình dao tiện bao hình răng cầu lõm 77 62 Hình 4.27 Hình ảnh mô phỏng phay dao tiện bao hình răng 77 cầu lõm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 11 - PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cơ cấu bánh răng đƣợc dùng rất phổ biến trong truyền động cơ khí. Các cơ cấu bánh răng truyền thống đã đƣợc nghiên cứu rất hoàn chỉnh về mặt lý thuyết cũng nhƣ phƣơng pháp chế tạo. Tuy nhiên với các cơ cấu bánh răng truyền thống (bánh răng trụ, bánh răng côn, trục vít bánh vít, bánh răng thanh răng) có độ cứng vững cao nhƣng chỉ có 1 bậc tự do nên khả năng linh hoạt kém. Cơ cấu răng cầu là bộ truyền 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. Trên thế giới bộ truyền bánh răng cầu đƣợc dùng trong các khớp cổ tay, cánh tay rôbốt, máy dẫn đƣờng cho tên lửa, hệ thống điều khiển ăngten vệ tinh, cơ cấu phun sơn… Đặc điểm của cơ cấu răng cầu là có thể làm khớp truyền động có nhiều bậc tự do . Theo các tài liệu công bố gần đây (tài liệu tham khảo[1]… [8]) cơ cấu răng cầu mới chỉ đƣợc phát triển và hoàn thiện về mô hình truyền động. Việc chế tạo cơ cấu vẫn chƣa có các công nghệ hoàn chỉnh đƣợc công bố. Trong các tài liệu đƣợc công bố cơ cấu răng cầu có thể đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp điều khiển theo biên dạng trên máy CNC, phƣơng pháp chép hình, phƣơng pháp bao hình. Trong [1] đã đƣa ra thiết kế dao tiện bao hình răng cầu mà chƣa phân tích động học tiện bao hình, đề xuất các giải pháp phát triển đề tài về công nghệ chế tạo cơ cấu răng cầu. Việc phát triển hoàn thiện công nghệ chế tạo răng cầu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đƣa ra công nghệ mới trong điều kiện sản xuất tại Việt Nam, có tính khả thi là cần thiết. Vì vậy nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển đề tài cơ cấu răng cầu: "Thiết kế, mô phỏng cơ cấu tiện bao hình răng cầu và chế tạo dao tiện bao hình răng cầu trên máy CNC." 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài a.Ý nghĩa khoa học. Sự khác biệt cơ bản của răng cầu và bánh răng là đƣờng răng của nó. Vì thế phƣơng pháp tạo hình và công nghệ chế tạo răng cầu cũng khác với bánh răng . Các nghiên cứu về răng cầu là chƣa hoàn thiện, trên thế giới chƣa có các cơ cấu chuyên dùng để tiện bao hình răng cầu. Chế tạo răng cầu đạt độ chính xác cao là vấn đề rất lớn mà các nhà khoa học đang quan tâm nghiên cứu. Vì thế mục tiêu chủ yếu của đề tài là thiết kế ra cơ cấu tiện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 12 - bao hình răng cầu đồng thời đƣa ra giải pháp để chế tạo dao tiện bao hình răng cầu đạt độ chính xác yêu cầu. b.Ý nghĩa thực tiễn. Thiết kế, chế tạo cơ cấu tiện bao hình răng cầu làm cơ sở cho việc hình thành công chế tạo răng cầu có ý nghĩa thực tiễn. Kết quả nghiên cứu đƣa ra giải pháp công nghệ ứng dụng trong điều kiện sản xuất chế tạo máy của nƣớc nhà. 3. Mục tiêu của đề tài - Khảo sát lý thuyết về răng cầu. - Thiết kế mô phỏng cơ cấu tiện bao hình răng cầu - Chế tạo dao tiện bao hình bánh cầu 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và chế tạo thử 5. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài - Khảo sát cơ cấu răng cầu - Thiết kế mô phỏng cơ cấu tiện bao hình răng cầu - Chế tạo thử dao tiện bao hình bao hình răng cầu . - Kết luận và đánh giá kết quả. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 13 - CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG VÀ CƠ CẤU RĂNG CẦU 1.1. Truyền động bánh răng 1.1.1. Định nghĩa cơ cấu bánh răng Cơ cấu bánh răng là cơ cấu có khớp cao dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục với tỷ số truyền xác định nhờ sự ăn khớp trực tiếp giữa hai khâu có răng. Tỷ số truyền của cơ cấu: i12  1 với 1 , 2 là vận tốc góc của bánh răng 1 và 2. 2 1.1.2. Phân loại cơ cấu bánh răng - Theo vị trí tƣơng đối giữa hai trục : + Cơ cấu bánh răng phẳng : Hai trục song song với nhau + Cơ cấu bánh răng không gian: Hai trục cắt nhau hoặc chéo nhau - Theo sự ăn khớp : + Cơ cấu bánh răng ăn khớp ngoài ( bánh răng ngoại tiếp): Hai bánh quay ngƣợc chiều. + Cơ cấu bánh răng ăn khớp trong ( bánh răng nội tiếp): Hai bánh quay cùng chiều. - Theo hình dạng bánh răng : Bánh răng trụ, bánh răng côn.... - Theo cách bố trí răng trên bánh răng : Bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng, bánh răng chữ V.... - Theo profile răng : Đƣờng xycloit, đƣờng tròn, đƣờng thân khai .... Hình 1.1. Cơ cấu bánh răng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 14 - 1.1.3. Biên dạng răng thân khai Bánh răng có biên dạng răng là đƣờng thân khai của đƣờng tròn đƣợc sử dụng rộng rãi vì có nhiều ƣu điểm và đã đƣợc nghiên cứu hoàn chỉnh về công nghệ chế tạo. Hình 1.2. Đƣờng thân khai của đƣờng tròn Định nghĩa: Khi cho đƣờng thẳng (  ) lăn không trƣợt trên đƣờng tròn Cb(O,rb) thì một điểm M bất kỳ trên đƣờng (  ) sẽ vạch nên một đƣờng cong (E) gọi là đƣờng thân khai của đƣờng tròn. Đƣờng tròn Cb(O,rb) gọi là đƣờng tròn cơ sở của đƣờng thân khai. Điểm Mb gọi là gốc của đƣờng thân khai (E) trên đƣờng tròn cơ sở. 1.2. Cơ cấu răng cầu Cơ cấu răng cầu là một cơ cấu truyền động răng có nhiều bậc tự do, nó có thể truyền moment và lực trong không gian. Đó là điểm khác biệt cơ bản của răng cầu đối với những cơ cấu bánh răng một bậc tự do đã biết trƣớc đây. Cơ cấu răng cầu đƣợc phát minh bởi A.H.Kulin ngƣời Liên Xô và lần đầu tiên đƣợc sử dụng trong khớp cổ tay của robot phun sơn ở nhà máy Trallfa tại Norway và đƣợc gọi là cơ cấu răng cầu Trallfa. Cơ cấu cơ bản của khớp cổ tay linh hoạt là cặp vành răng cầu Trallfa (hình 1.3). Trên bề mặt cầu phân phối phân tán các hình côn lồi và dát cùng số hình côn lõm trên vành cầu khác để truyền chuyển động. Bánh răng cầu Trallfa có hai nhƣợc điểm là tồn tại sai số tỉ số truyền và khó chế tạo. Tuy nhiên các cơ cấu nhƣ cổ tay rôbốt phun sơn không yêu cầu độ chính xác động học cao nên có thể sử dụng cơ cấu này để truyền động. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 15 - Hình 1.3. Cơ cấu răng cầu Trallfa. Đối với các cơ cấu yêu cầu độ chính xác động học cao thì cơ cấu này không đáp ứng đƣợc và cơ cấu răng cầu vành răng thân khai (hình 1.4) đã ra đời vào những năm 90 của thế kỷ trƣớc. Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai [5] đƣợc ứng dụng vào các lĩnh vực nhƣ: cổ tay và cánh tay rôbôt, hàng không vũ trụ, cơ cấu dẫn hƣớng trong tên lửa, hệ thống điều khiển ăng ten vệ tinh …Răng cầu vành răng thân khai có vành răng phân bố liên tục trên bề mặt cầu. Hình 1.4. Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 16 - 1.2.1. Cơ sở hình học của cơ cấu răng cầu Để đƣa ra công nghệ tạo hình răng cầu ta cần phải nghiên cứu cơ sở hình thành vành răng cầu thân khai. 1.2.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai Trên hình 1.5 mô tả nguyên tắc hình thành bề mặt vành răng thân khai. Ở đây C là đƣờng tròn cơ sở, KK là đƣờng 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 đƣờng tròn cơ sở. Hình 1.5.Sự hình thành bề mặt vành răng thân khai. Khi đƣờng sinh KK lăn không trƣợt trên đƣờng tròn cơ sở và quay xung quanh trục quay, quỹ tích của các điểm trên đƣờng sinh KK sẽ hình thành nên biên dạng răng cong của răng cầu. Mặt cầu cơ sở là quỹ tích của các điểm nằm trên đƣờng tròn cơ sở. Rõ ràng biên dạng răng cong trên bất kỳ mặt cắt nào đi qua trục xoay đều là đƣờng thân khai, và tất cả các đƣơng thân khai tạo thành một mặt cong. Vì vậy, biên dạng răng cong là một vành cong thân khai. Một số thuật ngữ dùng cho bộ truyền răng cầu: + Trục cực: Là đường thẳng đi qua tâm hình cầu và vuông góc bề mặt vành răng. Nó cũng là trục quay gia khi công bánh răng cầu. + Vành răng: Được hình thành khi cho profile một răng quay 3600 xung quanh trục cực. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 17 - + Cơ cấu răng lồi: Một cơ cấu răng cầu ở trên trục cực có răng là một răng lồi tròn xoay. + Cơ cấu răng lõm: Một cơ cấu răng cầu trên trục cực răng là một rãnh răng tròn xoay. + Đỉnh răng cầu: Là hình cầu tạo bởi vòng tròn đỉnh răng của bề mặt răng quay 3600 xung quanh trục cực. + Chân răng cầu : Là hình cầu tạo bởi vòng tròn chân răng của bề mặt răng quay 3600 quanh trục cực. + Cầu chia: Là hình cầu do vòng chia của bề mặt bánh răng quay 3600 xung quanh trục cực. + Cầu cơ sở: Là hình cầu do vòng tròn cơ sở của bề mặt răng quay 3600 xung quanh trục cực. + Chiều dày răng: là chiều dày răng của một bánh răng trụ có cùng biên dạng răng như răng cầu. 1.2.1.2. Sự hình thành răng cầu vành răng thân khai. Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai hình thành nhờ một đoạn biên dạng răng của bánh răng trụ thân khai quay 3600 xung quanh đƣờng thẳng đi qua tâm và trung điểm của đỉnh hoặc chân răng trên biên dạng răng . Trên hình 1.6 đƣờng thẳng O1O2 là đƣờng tâm quay hình thành nên hai bánh răng cầu số 1 và số 2, nó đi qua trung điểm chân răng trên biên dạng hình thành nên bánh răng cầu số 1 và đi qua trung điểm đỉnh răng trên biên dạng hình thành nên bánh răng cầu số 2. Đoạn O1O2 có giá trị bằng a, đây chính là khoảng cách tâm của hai răng cầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 18 - Hình 1.6. Sự hình thành răng cầu vành răng thân khai. Khi quay hai biên dạng răng thân khai xung quanh trục quay nhƣ trên hình 1.6 tất cả các điểm đỉnh răng hoặc chân răng trở thành các vòng tròn đỉnh răng hoặc chân răng của răng cầu còn các vòng tròn đỉnh răng, chân răng hoặc vòng chia lúc này trở thành các mặt cầu đỉnh, chân răng hoặc mặt cầu chia của răng cầu. Nếu lắp ghép hai chi tiết răng cầu số 1 và số 2 lên một cặp giá vạn năng có hai bậc tƣ do thì hai chi tiết răng cầu số 1 và số 2 sẽ quay xung quanh hai tâm cầu O 1 và O2. Hình 1.4c là mô hình của cơ cấu răng cầu trên hệ thống giá đỡ 2 bậc tự do. Với hệ thống giá đỡ này cho phép cơ cấu răng cầu quay một góc bất kỳ quanh tâm của nó trong phạm vi hoạt động của cơ cấu. 1.2.2. Đặc điểm về kết cấu và lắp ráp của cơ cấu răng cầu. Quan sát răng cầu từ một đầu trục, chúng ta nhận thấy rằng các răng trên bề mặt cầu phân bố thành một nhóm vành răng đồng tâm. Trục răng cầu chính là đƣờng thẳng đi qua tâm giữa hai răng của nó, khi đó trên khối cầu, hình dạng một vành lõm mà đƣờng tâm là trục. Biên dạng của nó là đƣờng thân khai. Trục của chi tiết răng cầu khác đi qua tâm đỉnh răng của nó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - 19 - Nói tóm lại, răng của cơ cấu răng cầu đƣợc hình thành nhƣ là quay tròn của một đƣờng thân khai quanh trục của nó. Từ những giải thích trên, chúng ta biết rằng cơ cấu răng cầu phải đƣợc sử dụng từng cặp. Cặp răng cầu có cùng phân bố răng nhƣ nhau có thể không lắp trong cùng một vị trí và vì thế nó không thể ăn khớp và truyền động. Trong ăn khớp và truyền động, một cặp răng cầu chỉ có các tâm của nó giữ tƣơng đối cố định, và hình cầu có thể quay tròn và lắc lần lƣợt xung quanh trục x và z trong hệ toạ độ đề các. Bởi vậy, các cơ cấu răng cầu đƣợc định vị trên một khung chữ thập có hai bậc tự do nhƣ hình 1.7. . Mặt cầu cơ sở Hình 1.7. Sơ đồ lắp ghép của cơ cấu răng cầu. Hình 1.8. Mặt nón ăn khớp của cơ cấu răng cầu. Trục vào và trục ra nằm ở phía ngoài bề mặt giá và chỉ những răng bên trong có thể ăn khớp. Góc nghiêng bị giới hạn bởi hình dạng kết cấu, biên độ của nó giới hạn trong 900. Các răng của một chi tiết răng cầu đơn không chỉ đƣợc chế tạo trên một vành cầu mà là trên tất cả bề mặt hình cầu. Việc lắp các chi tiết răng cầu cần một số điều kiện. Một cặp răng cầu có thể đƣợc định vị và ăn khớp chỉ khi vị trí ban đầu hệ trục răng cầu đƣợc căn chỉnh. Từ phía đối diện, biên dạng răng lồi có đặc điểm truyền động của biên dạng răng thân khai bởi vì nó là một mặt xoay tròn của một đƣờng sinh thân khai. Do đó, sự chuyển động của cơ cấu răng cầu có thể đƣợc tách biệt, có nghĩa là nếu khoảng cách của hai tâm cầu có một sai lệch nhỏ, nó vẫn có thể đáp ứng tất cả các nguyên tắc truyền động cơ bản. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn