chương 1). Trên cơ sở đó sẽ thực hiện việc tối ưu kích thước của hệ BRKT. iii) Về thiết lập mô hình toán học của BDR: thiết lập các biểu thức giải tích, mô tả điều kiện để hình thành BDR của BRKT. iv) Xác định điều kiện của các tham số hình thành BDR bằng đường cong mới được đề xuất.
Trên cơ sở đó tạo hình BDR của BRKT bằng thanh răng sinh (TRS) và bánh răng sinh (BRS) theo phương pháp động học hiện đại nhằm đảm bảo các răng trên BRKT đều nhau về kích thước và hình dạng hình học. v) Xác định mối quan hệ giữa các thông số thiết kế, ăn khớp và các thông số chế tạo của cặp BRKT. vi) Chế tạo thử nghiệm các cặp BRKT theo hai biên dạng: (1) thân khai và (2) biên dạng mới đề xuất của luận án để từ đó kiểm chứng lý thuyết và làm rõ ưu điểm của biên dạng mới được luận án đề xuất. vii) Chế tạo các bộ truyền BRKT từ đơn giản là các cặp BRKT đến các hệ phức tạp theo lý thuyết đã được phát triển bởi luận án nhằm kiểm chứng lý thuyết về hàm truyền và minh chứng khả năng ứng dụng của lý thuyết vào thực tiễn.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Về mặt khoa học, luận án sẽ xây dựng cơ sở lý thuyết liên quan đến tính toán, thiết kế các bộ truyền BRKT như lựa chọn đường cong làm BDR, bố trí các răng trên BRKT thỏa mãn các điều kiện ăn khớp, điều kiện đồng trục và điều kiện bao của hệ BRKT vi sai – hành tinh, phương pháp xác định hàm tỷ số truyền, v. Về mặt thực tiễn, các kết quả tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm mà luận án đạt được là một bước tiếp cận quan trọng đối với nhiệm vụ hiện thực hóa quá trình ứng dụng các cơ cấu BRKT vào thực tiễn. Phương pháp nghiên cứu của luận án 4 Để đạt được các mục tiêu mà luận án đã đề ra phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm. Cụ thể là: a) Về mặt lý thuyết i) Luận án kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu mà nhân loại đã tích lũy trong 6 thế kỷ về BRKT.
Trên cơ sở đó, vận dụng lý thuyết động học ăn khớp phẳng để tiếp tục nghiên cứu phát triển ứng dụng đường cong kiểu biên dạng cycloid cải tiến vào tạo hình BDR của BRKT, đó là tìm ra các điều kiện biên để hình thành các hệ BRKT phức tạp như hệ BRKT vi sai - hành tinh làm cơ sở cho các thuật toán tối ưu. ii) Luận án đã kế thừa và phát triển tri thức của nhân loại về BRKT để đề xuất các điều kiện biên và khắc phục một nhược điểm cố hữu của BRKT là các răng trên một BRKT có BDR thân khai truyền thống luôn khác nhau về hình dạng hình học và kích thước tại các vị trí khác nhau. b) Về mặt thực nghiệm Luận án đã thiết kế và chế tạo các mẫu thử nghiệm để khẳng định tính khả thi và kiểm chứng các cơ sở lý thuyết đã đề xuất. Những đóng góp của luận án Những đóng góp cụ thể của luận án như sau: i) Phát triển đường cong thuộc họ cycloid cải tiến của elíp để thiết kế BDR của BRKT với đặc điểm ăn khớp của cặp biên dạng đối tiếp lồi - lõm có bán kính cong dễ dàng tạo màng dầu thủy động và hiệu ứng chêm dầu.
ii) Tìm được các điều kiện biên để hình thành hệ BRKT kiểu vi sai kép với kích thước nhỏ nhất và các điều kiện ràng buộc đảm bảo sự đồng trục cho hệ BRKT kiểu vi sai và hành tinh. iii) Xây dựng được thuật toán tối ưu các tham số hình thành đường lăn, hình thành biên dạng nhằm đảm bảo các răng trên BRKT có kích thước đều nhau, khắc phục được nhược điểm của hầu hết các nghiên cứu trước đây là chiều dày răng và BDR của BRKT không đều nhau. iv) Thiết lập được mối quan hệ giữa tham số kích thước thiết kế, thông số ăn khớp và chế tạo thông qua phương trình ăn khớp của cặp BRKT đây là điểm mới mà các nghiên cứu trước đây chưa đề cập đến. v) Chế tạo thử nghiệm các bộ truyền biến thiên tốc độ từ đơn giản đến phức tạp để kiểm chứng lý thuyết và minh chứng cho khả năng ứng dụng thực tế của chủ đề nghiên cứu của luận án 5 8.
Bố cục của luận án Nội dung của luận án được trình bày trong 150 trang A4 và được tổ chức thành 4 chương chính có nội dung cụ thể như sau: Chương 1 Tổng quan về bánh răng không tròn phẳng. Trong chương này, luận án tổng hợp, phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu, các thành tựu của nhân loại về lĩnh vực BRKT. Qua đó chỉ ra một số vấn đề sau: (1) Các kết quả đạt được của các nghiên cứu trong nước và quốc tế về lĩnh vực BRKT, từ đó kế thừa những tri thức của nhân loại để tiếp tục nghiên cứu phát triển; (2) Những vấn đề còn tồn tại chưa được giải quyết. Trên cơ sở đó đề ra các mục tiêu nghiên cứu mà luận án phải giải quyết.
Chương 2 Thiết kế đường lăn của hệ bánh răng không tròn phẳng. Diễn giải các kết quả nghiên cứu thiết kế về đường lăn của cặp BRKT và hệ BRKT cũng như luận giải các điều kiện hình thành đường lăn của các cặp BRKT trong hệ BRKT như điều kiện đồng trục, điều kiện bao của đường lăn ngoài cùng trong quá trình hình thành hệ BRKT kiểu vi sai kép. Ngoài ra, chương này còn trình bày các thuật toán hiệu chỉnh đường lăn khi tổng hợp các hệ BRKT theo hàm truyền khác nhau của các kịch bản ứng dụng. Chương 3 Thiết kế tối ưu biên dạng răng của hệ bánh răng không tròn phẳng.
Trong chương này, luận án luận giải về phương pháp xây dựng biên dạng TRS, BRS trên cơ sở đường cong mới được đề xuất và các điều kiện để hình thành BDR của BRKT. Trên cơ sở đó thiết lập các phương trình giải tích mô tả quá trình tạo hình và hiệu chỉnh các tham số hình thành BDR trên BRKT sao cho các răng đều nhau về mặt hình dạng hình học và kích thước mà vẫn thỏa mãn điều kiện ăn khớp khít. Phát triển các thuật toán nhằm hiệu chỉnh tối ưu các thông số thiết kế. Chương 4 Thực nghiệm kiểm chứng hàm truyền qua ăn khớp thực của bánh răng không tròn.
Trong chương này trình bày các mẫu chế tạo thử nghiệm trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết. Tiến hành đo thực nghiệm trên các mẫu đã chế tạo để kiểm chứng lý thuyết đã được nghiên cứu phát triển bởi luận án nhằm mục đích kiểm chứng lý thuyết và minh chứng cho khả năng ứng dụng của BRKT. Kết luận và kiến nghị Trong mục này, luận án tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính đã đạt được. Từ đó chỉ ra những đóng góp mới của luận án về mặt học thuật góp phần hoàn thiện lý thuyết thiết kế BRKT cũng như những ứng dụng trong thực tiễn.
Ngoài ra, cũng bàn thảo về khả năng ứng dụng những kết quả nghiên cứu của luận án vào thực tiễn và những kiến nghị các định hướng nghiên cứu phát triển các loại BRKT này vào các kịch bản ứng dụng khác nhau. 6 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG KHÔNG TRÒN PHẲNG Chương này đã: (1) Tổng hợp, phân tích và đánh giá những thành tựu nghiên cứu và ứng dụng của nhân loại về BRKT một cách có chọn lọc và định hướng trong hơn 600 năm qua;(2) Chỉ ra những vấn đề chưa được giải quyết hay giải quyết triệt chưa để về mặt lý thuyết (và công nghệ chế tạo) của các hệ BRKT. Trên cơ sở đó sẽ đề ra mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu của luận án. Lịch sử phát triển của bánh răng không tròn Cùng với sự phát triển của các loại bánh răng (BR) có đường lăn tròn với tỷ số truyền bằng hằng số như các loại BR thân khai, BR Novikov, BR cycloid, BR sóng v., BRKT cũng đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ thế kỷ XIV.
Người đưa ra ý tưởng đầu tiên về thiết kế và ứng dụng BRKT là Giovanni Dondi (1330-1388) - nhà chế tác đồng hồ người Ý. Bản thiết kế đầu tiên của BRKT được ông giới thiệu đầy đủ trong bản thảo “Tractatus Astrarii” và được ứng dụng trong chế tạo đồng hồ thiên văn vô cùng tinh xảo và phức tạp [1]. Vào năm 1410, lần đầu tiên, đồng hồ thiên văn được chế tạo theo thiết kế của Giovanni Dondi và lắp đặt tại Praha (Cộng hòa Séc) cho đến nay vẫn còn hoạt động và được coi là đồng hồ thiên văn cổ nhất trên thế giới. Hơn một thế kỷ sau, BRKT lại được nhà bác học Leonardo Da Vinci nghiên cứu để thiết kế và ứng dụng trong máy móc và thiết bị.
Những thiết kế này đến nay vẫn được lưu lại trong một tài liệu xuất bản chính thức vào năm 1493 [2] (Hình 1.1 Những phác thảo về BRKT của Leonardo Da Vinci [2] Trong cuốn sách này, ông cũng đã đề xuất ứng dụng BRKT trong thiết kế, chế tạo đồng hồ, nhạc cụ, các công cụ tự động, máy làm chìa khóa chuyên dụng, cơ cấu man và bơm v. BRKT được sử dụng để nâng cao tính năng sử dụng, đảm bảo tính 7 linh hoạt và đơn giản về nguyên lý hoạt động, kết cấu của các cơ cấu máy [3]. Tuy nhiên, do khó khăn trong tính toán thiết kế và công nghệ chế tạo mà từ thế kỷ XV đến đầu thế kỷ XIX, BRKT hầu như không được nghiên cứu phát triển [4]. Bánh răng Bánh răng Bánh răng vệ tinh dẫn động trung tâm Hình 1.2 Ứng dụng của bánh răng elip trong thiết bị đo lưu lượng Bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX cho đến tận đầu thế kỷ XX BRKT mới bắt đầu được nghiên cứu và phát triển trở lại.
Các nhà khoa học đã bước đầu nghiên cứu và phát triển thành lý thuyết thiết kế BRKT để đưa vào chế tạo các máy móc, linh kiện phụ tùng phục vụ sản xuất, đời sống dân sinh cũng như an ninh quốc phòng như thiết bị đo lưu lượng, bơm bánh răng, các cơ cấu trong các linh kiện phụ kiện của thiết bị quốc phòng Hình 1.3 là một trong các ví dụ minh họa v.v… hay phát triển các phương pháp gia công mới cùng với máy móc, thiết bị chế tạo BRKT.
