Thiết kế bánh răng

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
Trong thực tế, ta không thiết kế bánh răng 3D mà dùng các ký hiệu theo quy ước để ghi chú các thông số gia công bánh răng trên các bản vẽ 2D là đủ. Tuy nhiên, để làm rõ khái niệm về đường thân khai và cũng để các bạn có dịp khảo sát sự tiếp xúc các biên dạng răng như trong thực tế, tôi xin đề xuất một cách tiếp cận như sau:

1. Để đơn giản vấn đề, chúng ta giả thiết chiều dày răng tại đường chia đúng bằng chiều rộng khe hở tại đó. Thực tế thì chiều dày răng hơi nhỏ hơn một chút.

2. Biên dạng thân khai được dựng khá chính xác từ đường cơ sở lên đến đỉnh, bằng cách xác định chính xác các điểm mà nó phải đi qua các đường kính đỉnh, đường chia và đường cơ sở.


TRÌNH TỰ THIẾT KẾ
[LEFT]

Giả thiết rằng các bạn đã thành thạo kỹ thuật sử dụng EquationDesignTable.
[/LEFT]

[LEFT]1. Mở một sketch và vẽ + lấy kích thước cho 4 đường tròn đồng tâm mà ta dự kiến chúng sẽ là các đường tròn đỉnh, chia, chân và cơ sở:



[LEFT]Chèn một bảng DesignTable và đưa các kích thước này vào. Ta bổ sung thêm Tên cho chi tiết (Bánh răng), số module và số răng như minh họa dưới:


[/LEFT]
[/LEFT]


Ta bắt các giá trị tương ứng của những đường kính này phải tuân theo các công thức quen thuộc:

1. Đường kính đỉnh De=m.(z+2). Cụ thể, ta click ô B3 và gõ =B5*(B6+2).

2. Đường kính chia Dc=m.z. Cụ thể, ta click ô C3 và gõ =B5*B6.

3. Đường kính chân Di=m.(z-2.7). Cụ thể, ta click ô D3 và gõ =B5*(B6-2.7).

4. Đường kính cơ sở Do=Dc.cos20(độ). Cụ thể, ta click ô E3 và gõ =C3*cos(20/180*pi()).

Ta có kết quả như sau:




Thoát khỏi bảng tính, ta thấy hình vẽ như sau:



[LEFT]Chẳng có gì thay đổi cả, ngoại trừ các kích thước có màu tím, cho biết rằng chúng đã được đưa vào Bảng thiết kế. Chúng vẫn chưa cập nhật giá trị được tính trong bảng, vì hình vẽ này là của cấu hình mặc định Default [ Part1 ] (xem panel bên trái).

Ta
thư mục Bánh răng màu xám để kích hoạt nó, sẽ thấy các kích thước và mô hình cập nhật giá trị mới:



[LEFT]Để dễ phân biệt, ta chuyển các nét của đường chia và đường cơ sở thành nét chấm gạch, rồi vẽ thêm đường tâm đứng và vẽ 1 đường tâm ngang xuất phát từ đường cơ sở, chấm các giao điểm và lấy các kích thước tham khảo như sau:



[LEFT]Các kích thước này có màu xám, chúng là những kích thước Driven, nghĩa là chúng bị điều khiển bởi các kích thước, các tương quan mô hình đã có và chúng chỉ phản ánh kích thước thực tế (giống như AutoCAD) chứ không có khả năng điều khiển mô hình. Tuy nhiên, chúng lại điều khiển được các kích thước khác, thông qua DesignTable hoặc Equation và theo cách đó, chúng còn "siêu" hơn các kích thước thông thường.

Nhưng ta lấy các kích thước đó làm gì? Đó chính là quãng đường mà giao điểm của tiếp tuyến phải lăn không trượt trên đường cơ sở để một điểm bất kỳ trên tiếp tuyến này vẽ nên biên dạng thân khai của sườn răng. Cụ thể là để vẽ quỹ đạo đến đường chia thì tiếp điểm phải "chạy" quãng đường là 15.39mm và để đến đường đỉnh thì 26.68mm. Nếu ai quên chỗ này hoặc bán tín bán nghi thì đọc lại NGUYÊN LÝ MÁY nhé! Tương tự, nếu muốn biết quãng đường để vẽ đến đường kính nào thì các bạn vẽ bổ sung thêm các đường tròn tương ứng.

[LEFT]Vấn đề tiếp theo mà chúng ta cần thống nhất với nhau: đó là với 1 đường lăn xác định và 1 chiều quét, ta chỉ có thể vẽ được 1 đường thân khai đi qua một điểm cho trước mà thôi. Như vậy là để cho thiết kế "đẹp", tôi sẽ tạo phôi bánh răng trước rồi cắt 1 rãnh chính xác có tâm nằm trùng với đường tâm dọc mà ta vừa vẽ. Sau đó sẽ sao chép rãnh này theo số răng yêu cầu. Vậy thì ta cần xác định điểm mà đường thân khai sẽ đi qua trên đường chia, sao cho tâm của rãnh là thẳng đứng. Ta vẽ hú họa một đường tâm xiên, lấy khích thước góc, rồi ta sẽ bắt đường này cắt đường chia tại điểm ta cần:



[LEFT]Vì điểm ta cần này nằm trên đường xiên nên buộc đường xiên phải tạo với đường tâm đứng một góc bằng 1/4 góc của bước răng. Vì sau này ta có thể thay đổi số răng của thiết kế, thì góc này cũng phải thay đổi theo. Để làm được điều đó, ta phải đưa nó vào bảng thiết kế và buộc nó bằng 360/z/4. Kết quả là:


[/LEFT]
[/LEFT]

Giao điểm của đường xiên với đường chia (phi 90) chính là điểm đầu tiên của đường thân khai. Ta sẽ xác định các điểm còn lại nằm trên đường đỉnh và đường cơ sở.



[LEFT]Chỗ này hơi tinh tế, các bạn cần tập trung làm cho đúng:

1. Từ điểm vừa xác định, xác định một điểm trên đường cơ sở, lấy kích thước khoảng cách giữa hai điểm này, rồi dùng Equation bắt kích thước đó bằng kích thước 15.39. Bạn không được gõ tay để nạp trực tiếp giá trị này mà phải dùng hộp Equation để có kết quả đó. Sau này, khi bạn thay đổi thiết kế thì giá trị đó sẽ thay đổi theo. (Lưu ý rằng đường nối gữa hai điểm này khi đó sẽ tiếp tuyến với đường cơ sở).

2. Xác định một điểm mới trên đường cơ sở rồi lấy kích thước chiều dài cung từ điểm cuối đoạn vừa rồi đến điểm mới này, cũng dùng Equation bắt nó bằng kích thước 15.39 vừa nêu. Điểm mới này chính là điểm mà đường thân khai xuất phát từ đường cơ sở.

3. Bạn lại xác định một điểm nữa trên đường cơ sở, chiều dài cung được nạp bằng Equation từ điểm xuất phát đến điểm đó bằng kích thước 26.68.

4. Xác định 1 điểm trên đường đỉnh, lấy khoảng cách giữa hai điểm sau cùng và dùng Equation bắt nó bằng 26.28.

Hãy làm đúng như minh họa dưới:
[/LEFT]



[LEFT]Vậy là ta đã xác định được các điểm mà đường thân khai sẽ phải đi qua. Nếu muốn chính xác hơn nữa, các bạn hoàn toàn có thể vẽ thêm các đường tròn khác xen giữa chúng để xác định thêm các điểm trung gian.

Ta đóng Sketch1 này lại, rồi mở một sketch mới, cũng vẫn trên plane đã dùng để tạo sketch trước. Dùng Spline vẽ một đường cong đi qua các điểm vừa xác định trên Sketch1 và phần cuối kéo dài tới đường tâm đứng, lấy kích thước và đưa kích thước này vào Bảng thiết kế, bắt giá trị nó bằng 4 lần module:



[LEFT]Rồi làm đối xứng qua tâm đứng và convert đường tròn đỉnh, trim phần thừa:



[LEFT]Sau đó thoát khỏi Sketch2 này.

Đưa con trỏ vào Sketch1, dùng công cụ trình đơn chuột phải và chọn ContourSelect Tool, rồi chọn toàn bộ vùng bên trong đường đỉnh. Công cụ này cho phép ta chọn nhiều vùng khép kín của sketch, cứ giữ Ctrl mà chọn cho hết rồi OK. Khi đã chọn toàn bộ các diện tích manh mún trong đó, ta dùng lệnh Extrude để tạo phôi bánh răng, vát mép cho nó với 5x15độ. Giá trị 5 này đưa vào Bảng TK và bắt nó bằng giá trị module. (Bạn cũng có thể vát 2.5x45 độ, giá trị 2.5 bằng m/2).




[LEFT]Dùng biên dạng Sketch2 vừa vẽ để cắt răng:
[/LEFT]




[LEFT]Đưa con trỏ vào Sketch1, dùng công cụ trình đơn chuột phải và chọn ContourSelect Tool, rồi chọn toàn bộ vùng bên trong đường chân răng, dùng nó để Extrude tạo chân răng:



[LEFT]Sau đó, bạn Fillet các góc đáy chân răng, đưa giá trị này vào bảng TK rồi ép nó bằng module nhân với 0.25~0.4 là OK.

Việc cuối cùng là Array nó thành 18 rãnh và đưa số 18 này vào Bảng TK và cho nó bằng giá trị z.



[LEFT]Đến đây là xong, ta chỉ dùng đúng có 2 sketch mà thôi. Nếu làm nhanh thì mất chừng 15 phút.

Bạn thử mở lại Bảng TK và cho các giá trị mz khác nhau để xem mô hình biến đổi thế nào? Có đúng là với số răng z<17 và không dịch chỉnh thì chân răng bị thót nhỏ lại không? Bạn cũng có thể đưa 2 bánh răng vào Assembly để xem các biên dạng này tiếp xúc với nhau ra sao.

Lưu ý: Do bài dựng hình này liên quan đến nhiều giá trị tính toán bằng phương trình bậc cao và lượng giác trong Equation và DesignTable, nên để tránh gặp những nghiệm không mong muốn, bạn nên thay đổi các giá trị m và z từ tốn, theo tôi mỗi lần tăng giảm chỉ nên trong khoảng tăng đôi hoặc giảm nửa thôi. Ví dụ, đang có số răng 18 mà muốn nâng lên 60 thì lần thứ nhất bạn tăng 18 lên 32 và lần thứ hai tăng 32 lên 60 cho an toàn.

Căn cứ vào cách thức này, bạn hoàn toàn có thể đưa thêm vào các giá trị góc áp lực khác, góc nghiêng và hệ số dịch chỉnh... để có một file thiết kế bánh răng hoàn chỉnh.


[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
 
Last edited:

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
Thank bác một cái, trên diễn đàn cũng có một bài về thiết kế bánh răng, bài này rất hay em đọc rồi về thực hiện theo, đền đoạn vẽ độ dày bánh răng thì em phải xóa các đường chia và đường kính chân răng, mới "ếch chút" được, bác DCL viết tiếp thì giải thích rõ phần đấy cho em nhé,
Thanks bác nhìu!!!
Thanh thấy không, chả việc gì phải xoá bỏ các nét vẽ trước khi Extrude, nếu chúng không thực sự thừa. Như vậy là từ 1 sketch, ta vẫn có thể tạo ra các khối 3D khác nhau từ các phần biên dạng khác nhau của chính nó. Việc sử dụng Contour Select Tool áp dụng cho cả các lệnh 3D khác nữa chứ không chỉ cho Extrude.

Ta xem ví dụ sau, có một sketch (để minh hoạ thôi, chứ thực tế chắc không nên ôm đồm quá nhiều như vậy trong 1 sketch):



[LEFT]Ta thấy nó có nhiều nét vẽ giao nhau và không giao nhau. Right-click một trong các nét vẽ này và chọn Contour Select Tool:



[LEFT]Giữ Ctrl và chọn các vùng như minh hoạ dưới:



[LEFT]Rồi dùng lệnh Revolve với tâm trục là đoạn thẳng đứng riêng bên phải:



[LEFT]Ta lại dùng lệnh Contour Select Tool và chọn vùng khác (có thể ẩn các khối vừa tạo cho dễ chọn):

[LEFT]Và Extrude thành một thanh nan hoa:



[LEFT]Cũng như vậy, ta chọn đoạn thẳng nằm giữa tâm lỗ và Extruded Cut một rãnh then:



Dùng lệnh Array để tạo thành nhiều thanh nan hoa:



[LEFT]Như vậy là bánh đà này được tạo từ 1 sketch duy nhất, dùng cho cả ba lệnh tạo 3D.
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
[/LEFT]
 
Last edited:

QuyenQCM

Active Member
vẽ bánh răng nghiêng mà dùng lệnh extrude cut không ổn(đường sinh của sườn răng không thẳng mà là đường xoắn)
 

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
Hơi thất vọng với chú Quyền, mong rằng chú thận trọng hơn với những phát ngôn của mình. Cùng một file và với vài phút (chủ yếu là do tốc độ máy tính thấp) mà tớ đã làm xong những thiết kế sau:

[LEFT]Đây là bánh răng nghiêng 5 độ (vì ít nghiêng nên xem hình chiếu đứng cho rõ):
[/LEFT]




Đây là nghiêng 10 độ (vẫn chiếu đứng):



Đây là 20 độ:



[LEFT]Đây là 40 độ:


[LEFT]Và đây là 80 độ (90 độ thì vô nghiệm!):


[/LEFT]
[/LEFT]
 
Chú ơi cái biên dạng này có thể thiết kế theo kiểu phương trình đường thân khai được không ạ?
 
Last edited:

QuyenQCM

Active Member
Cháu chỉ nói là dùng lệnh extrude cut không ổn,theo như mấy hình của chú post thì có lẽ là dùng lệnh swept cut
Mong chú chỉ giáo thêm
 
Last edited by a moderator:

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
Cháu chỉ nói là dùng lệnh extrude cut không ổn,theo như mấy hình của chú post thì có lẽ là dùng lệnh swept cut
Mong chú chỉ giáo thêm
Ha ha, ku Quyền chịu rồi chứ gì?

Tớ vẫn dùng Extruded Cut và sau đó là Flex với tùy chọn Twisting (xoắn), góc xoắn lại đưa vào DesignTable để điều khiển theo các tham số trong đó. Cách này rất hay vì vừa làm BR thẳng vừa làm BR nghiêng được trong cùng 1 file, nếu dùng Swept Cut thì chịu!
 
Cám ơn chú DCL, cho cháu hỏiv một chút
Khi mình tăng góc nghiêng đồng thời ko thay đổi modul pháp tuyến thì kích thước các vòng của nó cũng tăng theo chứ ah?
(Như mấy cái BR nghiêng chú post lúc sau thì cháu thấy là modul pháp của nó giảm khi tăng góc nghiêng)
 

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
Cám ơn chú DCL, cho cháu hỏiv một chút
Khi mình tăng góc nghiêng đồng thời ko thay đổi modul pháp tuyến thì kích thước các vòng của nó cũng tăng theo chứ ah?
(Như mấy cái BR nghiêng chú post lúc sau thì cháu thấy là modul pháp của nó giảm khi tăng góc nghiêng)
Làm sao như vậy được? Có lẽ do nhìn các góc độ trên ảnh chụp màn hình thì không chuẩn lắm, cậu cho địa chỉ, tớ mail file đó về mà nghiên cứu.

Dưới đây là các BR cùng đưa vào một Assembly, cùng m và z, chỉ khác góc nghiêng:


 
Chú DCL ơi mình vẽ thế này có chuẩn không khi cho một bánh răng khác ăn khớp với bánh răng vừa vẽ (ý cháu là vẽ biên dạng khi không có phương trình đường thân khai)
 

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
Chú DCL ơi mình vẽ thế này có chuẩn không khi cho một bánh răng khác ăn khớp với bánh răng vừa vẽ (ý cháu là vẽ biên dạng khi không có phương trình đường thân khai)
Dĩ nhiên là không thể ăn khớp tuyệt đối như lý thuyết rồi, vì đó chỉ là gần đúng. Nhưng thực tế thì chế tạo chắc còn có sai số lớn hơn mình vẽ nhiều. Lại còn khi sử dụng một thời gian nữa chứ, khe hở phải hàng mm, chúng vẫn làm việc được đấy thôi!

Trong thiết kế, khi đưa chúng vào Assembly và gán tương quan Gear thì dù chúng có giao nhau đến 2/3 bánh răng, chúng vẫn cứ quay trơn tuột như xà phòng. Còn thiết kế theo kiểu của tớ đề xuất và đưa vào Assembly, nhìn chỗ ăn khớp rất hay. Trước tớ cứ nghĩ chúng lăn không trượt trên nhau, sai hoàn toàn. Chúng trượt ghê lắm, nhất là khu vực chân răng bên này bị đỉnh răng bên kia "cắt gọt" ra trò, thảo nào thực tế thấy răng ít mòn ở khoảng đường chia mà cứ thấy đỉnh bên này với chân bên kia vẹt đi thảm hại!
 
Last edited:

TYA

Well-Known Member
Cám ơn chú DCL, cho cháu hỏiv một chút
Khi mình tăng góc nghiêng đồng thời ko thay đổi modul pháp tuyến thì kích thước các vòng của nó cũng tăng theo chứ ah?
(Như mấy cái BR nghiêng chú post lúc sau thì cháu thấy là modul pháp của nó giảm khi tăng góc nghiêng)
nếu tya không nhớ nhầm, có 1 công thức này :

m pháp = m tiếp * cos beta

vậy tăng beta thì m pháp giảm đi !

Nếu đúng là " tăng beta và giữ nguyên m pháp " thì tôi nghĩ rằng m tiếp PHẢI tăng.

>> hay là khanhlinh nói đúng

Bác DCL có nghĩ thế k?
 

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
@TYA,

Phạt cậu bây giờ! Chắc ngày xưa không phải thi lại môn NLM nên bây giờ quên rồi phải không?

Module pháp tuyến là do dao tạo nên, mà dao thì chỉ tính theo m pháp thôi. Khi cắt răng thẳng hay nghiêng cùng một module, ta vẫn chỉ dùng 1 con dao module duy nhất (trừ khi mòn thì thay cái khác). Nếu đo theo pháp tuyến thì chiều cao răng và khe hở sườn hoặc bề dày thân răng của chúng là như nhau. Nói cách khác: module pháp tuyến là cố định và góc áp lực luôn là 20 độ.

Công thức m pháp = m tiếp x cos beta có nghĩa là khi góc beta tăng thì m tiếp tăng lên, do vậy theo phương tiếp tuyến (hoặc đo theo mặt đầu), thân răng sẽ béo lên, các đường kính cũng tăng lên tương ứng. Cậu nhìn lại hình tớ post lên mà xem có đúng thế không?
 
Last edited:

TYA

Well-Known Member
....... nghĩ chúng lăn không trượt trên nhau, sai hoàn toàn. Chúng trượt ghê lắm, nhất là khu vực chân răng bên này bị đỉnh răng bên kia "cắt gọt" ra trò, thảo nào thực tế thấy răng ít mòn ở khoảng đường chia mà cứ thấy đỉnh bên này với chân bên kia vẹt đi thảm hại!
cái này thì tya lạm bàn 1 chút...

Việc lăn KHÔNG trượt là chắc chắn - nếu profile đúng là thân khaikhoảng cách trục phù hợp (đúng theo tính toán)

(đương nhiên, tya hiểu sai số một vài, một vài chục micron thì ngành gì cũng gặp nên không coi nó là vi phạm p/t thân khai nhé)

Tiếp điểm sẽ trôi từ điểm vào khớp đến điểm ra khớp răng dọc theo tiếp tuyến chung 2 vòng cơ sở

Hiện tượng mòn thảm hại của các br thẳng (so với răng nghiêng) là do hệ số ăn khớp nhỏ hơn.
Và mòn nhiều ở đỉnh + chân là do va đập khi vào khớp, nhất là tải nặng và thay đổi, hoặc đổi chiều.

Việc lắp 2 br không đúng khoảng cách trục cũng gây ăn khớp không khít dẫn đến nhanh mòn

Để tránh kẹt răng do sai số bước và đảo răng, người thiết kế cũng phải tính dự phòng 1 khe hở sườn răng nữa >> có va đập khi vào khớp đối với br thẳng.

BR nghiêng hoàn toàn khắc phục được các nhược điểm va đập .

************
Với br thẳng yêu cầu làm việc êm và tăng tuổi thọ do mòn , ngày nay(chắc là 50 năm rồi) người ta tạo độ cong cho mặt răng bằng cà răng, mặt răng không là extrude của sketch thân khai nữa - nhìn theo chiều vuông góc tân trục thì 2 sườn răng cong( vài~ vài chục um)
 

TYA

Well-Known Member
@TYA,

Phạt cậu bây giờ! Chắc ngày xưa không phải thi lại môn NLM nên bây giờ quên rồi phải không?

Module pháp tuyến là do dao tạo nên, mà dao thì chỉ tính theo m pháp thôi. Khi cắt răng thẳng hay nghiêng cùng một module, ta vẫn chỉ dùng 1 con dao module duy nhất (trừ khi mòn thì thay cái khác). Nếu đo theo pháp tuyến thì chiều cao răng và khe hở sườn hoặc bề dày thân răng của chúng là như nhau. Nói cách khác: module pháp tuyến là cố định và góc áp lực luôn là 20 độ.

Công thức m pháp = m tiếp x cos beta có nghĩa là khi góc beta tăng thì m tiếp tăng lên, do vậy theo phương tiếp tuyến (hoặc đo theo mặt đầu), thân răng sẽ béo lên, các đường kính cũng tăng lên tương ứng. Cậu nhìn lại hình tớ post lên mà xem có đúng thế không?


vâng vâng ! em phát biểu hơi ngược đời .
Nếu nói 1 yếu tố thay đổi phải chỉ ra liên hệ với những cái khác (chỉ ra các yếu tố cần cố định)

việc m pháp liên hệ với m tiếp và beta thì đơn thuần là cái lấy cái nào cố định trước >> em phát biểu không rõ ý

(hớ quá - em sx br mà . hi hi)
 
Chú DCL nói rõ về cái chỗ "dùng Extruded Cut và sau đó là Flex với tùy chọn Twisting (xoắn), góc xoắn lại đưa vào DesignTable để điều khiển theo các tham số trong đó" cho mọi người đi ạh

Từ cái hình này thì đã rõ là modul pháp tuyến ko đổi (bắt đầu từ bánh răng trụ răng thẳng đến các bánh răng nghiêng) còn modul mặt đầu thì tăng khi góc nghiêng tăng và đường kính các bánh tất nhiên tăng theo
Có phải modul m trong các công thức tính D của các trường hợp góc nghiêng thay đổi phải là modul mặt đầu ko ạh?
 
Last edited:

DCL

<b>Hội đồng Cố vấn</b>
Author
(hớ quá - em sx br mà . hi hi)
Cậu phải khao tớ 1 chầu cà phê thôi, để nhớ rằng khi làm việc thì các biên dạng sườn răng chỉ có trượt lên nhau chứ không hề có cái gọi là "lăn không trượt" đâu nhé! (Nói chính xác thì chỉ có đúng 1 thời điểm, khi mà các sườn răng đi tới mặt pháp tuyến chung, mới có sự lăn không trượt giữa chúng tại đường lăn).

Chẳng cần mô phỏng trong assembly làm gì, hãy suy luận đã:

1. Cậu có đồng ý rằng với một vận tốc góc không đổi thì vận tốc dài của mỗi điểm trên bánh răng tỷ lệ với bán kính của nó không? Nếu đồng ý thì tốc độ dài của chân răng và đỉnh răng trên 1 BR không bằng nhau.

2. Vậy thì nếu lăn không trượt giữa đỉnh này và chân kia sẽ được hiểu thế nào? Rằng đỉnh này có tốc độ bằng chân kia à? Thôi được, tạm cho là vậy.

3. Nếu thế thì đỉnh kia với chân này sẽ ra sao? Lại bằng nhau nốt chứ gì?

4. Thế thì cả 4 điểm đó phải có tốc độ bằng nhau, mâu thuẫn với điều 1!
 
Last edited:
Top