1. Xác định nhiệm vụ của bộ bánh răng
Trước khi vẽ, hãy xác định bánh răng dùng để làm gì: giảm tốc cho bánh xe, truyền chuyển động sang một trục khác hay vận hành cơ cấu gắp. Ghi lại vị trí các trục, đường kính trục, không gian lắp đặt và chiều quay mong muốn.
Với một cặp bánh răng ngoài, bánh chủ động ít răng hơn bánh bị động sẽ làm trục ra quay chậm hơn. Tỉ số số răng cho biết quan hệ tốc độ lý tưởng; tải thực tế còn phụ thuộc động cơ, ma sát và độ bền của bộ phận. Với robot học tập, nên bắt đầu bằng một cặp bánh răng đơn giản trước khi thiết kế hộp số nhiều tầng.
2. Chọn thông số để hai bánh răng ăn khớp
Trong phần mềm CAD có công cụ tạo bánh răng thân khai, chọn cùng môđun và cùng góc áp lực cho hai bánh răng. Môđun quyết định kích thước răng: nếu môđun là m và số răng là z, đường kính vòng chia là d = m × z. Hai bánh răng ngoài tiêu chuẩn, không dịch chỉnh biên dạng, có khoảng cách trục danh nghĩa a = m × (z₁ + z₂) / 2.
Chẳng hạn, hai bánh răng môđun 1 với 12 và 24 răng có khoảng cách trục danh nghĩa 18 mm. Đây là điểm xuất phát cho bản vẽ, không phải bảo đảm rằng chi tiết in sẽ quay trơn: độ chính xác máy in và cách lắp vẫn cần được kiểm tra. Bánh răng quá ít răng cũng có thể gặp hiện tượng lẹm chân răng tùy biên dạng; hãy xem cảnh báo của công cụ CAD thay vì chỉ giảm số răng để tiết kiệm chỗ.
3. Dựng bản vẽ có tính đến việc lắp ráp
Tạo biên dạng răng bằng công cụ chuyên dụng thay vì vẽ răng như những tam giác đều. Sau đó thêm chiều dày bánh răng, moay-ơ, lỗ trục và phương án cố định như vít chặn hoặc trục có mặt phẳng. Chừa không gian để đầu vít, ổ đỡ và các chi tiết khác không cạ vào mặt bánh răng.
Đặt tâm hai lỗ đỡ trục theo khoảng cách trục đã tính và kiểm tra trong mô hình lắp ráp: bánh răng có chạm thành vỏ không, các trục có song song không, và có thể đưa bánh răng vào đúng vị trí khi lắp thật không. Nếu bánh răng phải xoay tự do trên trục, thiết kế lỗ và cơ cấu giữ dọc trục khác với trường hợp bánh răng phải quay cùng trục.
4. Chuẩn bị tệp để in 3D
Xuất từng chi tiết sang định dạng mà phần mềm cắt lớp hỗ trợ, rồi xem trước các lớp in để tìm răng bị mất nét hoặc thành quá mỏng. Với máy in FDM, đặt bánh răng phẳng trên bàn in thường giúp các lớp tạo nên biên dạng răng trong mặt phẳng in. Nếu dùng giá đỡ, tránh để chúng bám vào bề mặt răng khi có thể.
Chọn thiết lập in phù hợp với kích thước răng và lực dự kiến; tăng số thành và bảo đảm moay-ơ đủ chắc thường hữu ích hơn việc chỉ tăng mật độ lõi. Vật liệu và thiết lập cụ thể cần phù hợp với máy in của bạn. In thử một cặp bánh răng nhỏ trước khi in cả cụm sẽ giúp phát hiện sớm vấn đề về độ khít và khoảng cách trục.
5. Kiểm tra kích thước và hoàn thiện chi tiết
Sau khi in, loại bỏ mép thừa và sợi nhựa mà không làm biến dạng mặt răng. Đo lỗ trục, đường kính ngoài và chiều dày; thử lắp bánh răng vào trục bằng tay, không ép mạnh nếu lỗ quá chật. Lỗ in FDM có thể khác kích thước trên CAD, vì vậy hãy điều chỉnh bản vẽ hoặc gia công hoàn thiện lỗ khi cần.
Lắp thử hai bánh răng trên các trục song song và quay chậm bằng tay. Nếu răng kẹt, hãy kiểm tra lần lượt mép thừa, độ đồng tâm, khoảng cách trục và độ nghiêng của trục. Nếu răng có khoảng rơ quá lớn, kiểm tra lại kích thước in và vị trí lỗ trục trước khi sửa biên dạng răng.
6. Lắp lên robot và cải tiến theo quan sát
Cố định bánh răng, trục và gối đỡ theo thiết kế; bảo đảm bánh răng không trượt trên trục và không cọ vào khung. Quay cơ cấu bằng tay qua nhiều vòng trước khi cấp điện. Sau đó chạy động cơ ở tốc độ thấp, dừng ngay nếu cơ cấu kẹt, phát tiếng bất thường hoặc bánh răng lệch khỏi vị trí.
Ghi lại lỗi cùng thông số của bản in: số răng, môđun, khoảng cách trục, vật liệu và thiết lập in. Mỗi lần chỉ thay đổi một yếu tố, chẳng hạn kích thước lỗ trục hoặc vị trí gối đỡ, rồi in lại chi tiết cần sửa. Cách làm này giúp học sinh liên hệ bản vẽ với sai lệch khi chế tạo và hiểu vì sao một bộ truyền quay tốt cần cả thiết kế răng lẫn lắp ráp chính xác.
