Bên cạnh việc tập trung vào nghiên cứu vấn đề đường lăn và BDR của BRKT, các nhà khoa học còn có nhiều công trình nghiên cứu về phương pháp gia công, vấn đề truyền lực và mô men hay vấn đề ứng dụng của BRKT. Các vấn đề này sẽ được trình bày cụ thể dưới đây:
a) Nghiên cứu về các phương pháp gia công BRKT
Mặc dù những thiết kế ban đầu của BRKT đã được đưa ra từ thế kỷ XV, nhưng mãi đến cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, những phương pháp gia công BRKT mới được đề xuất. Trong các nghiên cứu của Glober [55], Boyd [7], các giải pháp gia công BRKT được trình bày đã tiệm cận đến khả năng của công nghệ gia công ở thời điểm đó. Đã có những nghiên cứu nhằm chế tạo các máy gia công BRKT chuyên dụng theo phương pháp chép hình [6, 53] hay cải tiến các máy gia công bánh răng thông thường để gia công BRKT theo phương pháp bao hình [3, 54, 56]. Cụ thể:
(1) Phương pháp chép hình
Năm 1924, công ty của Fellows đã đăng kí bằng Sáng chế tại Hoa Kì về quy trình và máy chuyên dụng để chế tạo BRKT theo phương pháp chép hình từ cặp bánh răng mẫu ăn khớp với TRS mẫu [6]. Trên Hình 1.34, BRKT 1 ăn khớp với TRS tiêu chuẩn 2. TRS tiêu chuẩn và răng đang chế tạo được đánh số 3 và 4.
Hình 1.34 Phương pháp chế tạo BRKT của công ty Fellows [6]
(1 – BRKT mẫu; 2 – Thanh răng cắt mẫu; 3 – Thanh răng cắt; 4 – BRKT đang được cắt)
Cũng dựa trên phương pháp chép hình, năm 1938, Bopp và Reuther lại giới thiệu phương pháp gia công bánh răng trụ răng xoắn không tròn với sự ăn khớp đồng nhất của bánh vít và trục vít [53]. Hình 1.35 biểu diễn quá trình ăn khớp của bánh vít mẫu c với một trục vít f ( f tương đồng với dao lăn răng d); a là răng thẳng không tròn đang được chế tạo; cam b và cơ cấu đẩy e được thiết kế để mô phỏng khoảng cách thay đổi được yêu cầu giữa c và f, đối trọng g duy trì sự liên kết liên tục giữa cam và cơ cấu
đẩy.
Tuy nhiên, cả hai phương pháp trên là khó để ứng dụng vào sản xuất hàng loạt theo quy mô công nghiệp BRKT vì năng suất gia công thấp và chi phí gia công cao.
Hình 1.35 Phương pháp chế tạo BRKT của Bopp và Reuther [53]
(2) Phương pháp bao hình động học
Trong những năm 1949-1951, giáo sư Litvin đã tạo ra một cuộc cách mạng trong việc chế tạo BRKT khi giới thiệu quy trình gia công BRKT mới dựa trên phương pháp
c
g
a
a – BRKT đang được chế tạo b, e – Cam và cần đẩy
d – Dao lăn răng c, f – Bánh vít, trục vít
f d
bao hình động học để tạo hình bằng TRS với phương pháp sọc răng hoặc phay lăn răng [54, 56].
Hình 1.36 Chế tạo BRKT dựa trên phương pháp bao hình [3]
(1 và 2 là BRKT được tạo hình; 3 là thanh răng sinh)
Phương pháp này sử dụng nhóm dụng cụ tạo hình dựa trên các ý tưởng sau:
i) BRKT được chế tạo bởi các dụng cụ dùng để chế tạo bánh răng trụ.
ii) BDR của BRKT được hình thành do sự lăn ảo của đường lăn dụng cụ cắt trên đường lăn của bánh răng được tạo hình.
iii) Sự lăn ảo của đường lăn dụng cụ cắt trên đường lăn của bánh răng đang tạo hình được thực hiện bằng các mối quan hệ thích hợp giữa chuyển động của dụng cụ cắt và bánh răng trong quá trình tạo hình.
Từ những ý tưởng chế tạo trên, giáo sư Litvin đã cải tiến máy phay bánh răng thông thường thành máy chuyên
dụng để chế tạo BRKT (Hình 1.36).Với phương pháp này, BRKT
được chế tạo trên quy mô công nghiệp trong thời gian ngắn với chi phí rẻ hơn.
(3) Phương pháp gia công hiện đại
Ngoài các phương pháp gia công truyền thống đã nêu trên, với sự phát triển của khoa học máy tính đặc biệt là các máy công cụ điều khiển số [56, 58], BRKT còn được chế tạo bằng
phương pháp in 3D tạo mẫu nhanh, phương pháp gia công bằng tia lửa điện (Hình 1.37), gia công trên máy laser, gia công bằng tia nước hay thậm chí là các phương
pháp và thiết bị dùng trong lĩnh vực vi cơ điện tử [58, 59].
Hình 1.37 Gia công BRKT trên máy gia công tia lửa điện [58]
b) Các nghiên cứu để ứng dụng BRKT
Mặc dù đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như đã trình bày ở trên nhưng các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu để tiếp tục phát triển việc ứng dụng BRKT trong các thiết bị công nghiệp và y tế [94].
Vào tháng 08/2007, giáo sư Ottaviano [17] cùng các đồng nghiệp đến từ các trường đại học của Italia đã công bố thiết kế của thiết bị hỗ trợ điều biến máu tuần hoàn từ bên ngoài dùng trong phẫu thuật tim. Trong công trình này, các tác giả đưa ra hai thiết kế sử dụng BRKT và cơ cấu cam cho cùng một luật chuyển động cho trước phù hợp với quy luật tuần hoàn máu trong cơ thể con người. Sau khi chế tạo thử nghiệm và đo kiểm hiệu quả hoạt động cả hai thiết kế với hai nguyên lý hoạt động khác nhau, các tác giả nhận thấy thiết kế sử dụng BRKT mô phỏng luật chuyển động đặt ra tốt hơn thiết kế sử dụng cơ cấu cam (Hình 1.38).
Sau công bố của các nhà khoa học Italia, tháng 03/2008, giáo sư Litvin và các cộng sự đã công bố công trình có ý nghĩa quan trọng nhằm tổng hợp lại toàn bộ lý thuyết để thiết kế BRKT để ứng dụng vào các thiết bị có khâu thao tác cuối tuân theo một luật chuyển động đã được định trước. Đặc biệt, tất cả các lý thuyết được đưa ra trong công trình này đều có ví dụ minh họa cụ thể bằng phương pháp số [8].
a) Thiết kế sử dụng BRKT b) Thiết kế sử dụng cơ cấu cam
Hình 1.38 Kết quả đo kiểm sự biến thiên gia tốc của thiết bị [17]
(nét liền là gia tốc đo thực nghiệm, đường nét đứt là gia tốc lý thuyết)
Cơ cấu cam
Card chuyển đổi tín hiệu
Động cơ 1 chiều
Trong đó:
S1 – gia tốc kế ; S1 – cảm biến đo góc S3 – máy đo tốc độ; S4 – bộ chuyển đổi tuyến tính