Luận văn thạc sĩ về thiết kế bộ giảm tốc cycloid và tối ưu hóa thông số hình học

• Tác giả: Lê Văn Nhân
• Người hướng dẫn: TS. Trương Quốc Thanh
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Bộ Giảm Tốc Cycloid: Tối Ưu Hóa Thông Số Hình Học Để Giảm Sai Số Động Học
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.
• 1.1. TỔNG QUAN CÁC BỘ TRUYỀN CÓ TỶ SỐ TRUYỀN LỚN
• 1.1.1. Bộ truyền Epycyclic
• 1.1.1.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• 1.1.1.3. Ứng dụng của bộ truyền Epycyclic
• 1.1.1.4. Ưu nhược điểm của bộ truyền Epycyclic
• 1.1.2. Bộ truyền harmonic
• 1.1.2.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• 1.1.2.3. Ứng dụng của bộ truyền harmonic
• 1.1.2.4. Ưu nhược điểm của bộ truyền harmonic
• 1.1.3. Bộ truyền cycloidal
• 1.1.3.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
• 1.1.3.3. Ứng dụng của bộ truyền cycloidal
• 1.1.3.4. Ưu nhược điểm của bộ truyền cycloidal
• 1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT BỘ TRUYỀN CYCLOIDAL
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất
• 1.2.1.1. Tình hình sản xuất trên thế giới
• 1.2.1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.2.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2.1.4. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2.2. Cơ sở lý thuyết bộ truyền cycloidal
• 1.2.3. Tỷ số truyền của bộ truyền cycloidal
• 1.2.4. Đặc tính hình học và thiết kế đĩa cycloid
• 1.2.4.1. Phân tích xác định dạng hình học của đĩa cycloid
• 1.2.4.2. Bán kính đường cong lý thuyết và làm việc của biên dạng cycloid
• 1.2.4.3. Phân tích các thông số trên đĩa cycloidal
• 1.2.5. Phân tích động học và động lực học
• 1.2.5.1. Sự phân bố lực
• 1.2.5.2. Phân phối mô-men xoắn
• 1.2.6. Tối ưu hóa các thông số chính của hộp giảm tốc cycloidal
• 1.2.6.1. Các vấn đề rung động chính của hộp giảm tốc cycloidal
• 1.2.6.2. Ảnh hưởng của hệ số hiệu chỉnh răng
• 1.2.6.3. Ảnh hưởng của bán kính con lăn
• 1.2.6.4. Ảnh hưởng của số lượng răng
• 1.2.6.5. Ảnh hưởng của số con lăn đầu ra
• 1.2.6.6. Ảnh hưởng của hệ số ma sát
• 1.2.6.7. Tối ưu hóa hiệu suất của hộp giảm tốc
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH SAI SỐ ĐỘNG HỌC CHO BỘ TRUYỀN CYCLOIDAL
• 1.3.1. Phương pháp tính sai số động học
• 1.3.2. Phương pháp phân tích tiếp xúc răng TCA (tooth contact analysis)
• 1.3.2.1. Sự hình thành biên dạng đĩa cycloidal
• 1.3.2.2. Hiệu chỉnh biên dạng răng
• 1.3.2.3. Phân tích sự ăn khớp răng
• 1.3.2.4. Phương pháp sử dụng điểm rời rạc (Monte Carlo)
• 1.3.3. Giải các phương trình toán dựa trên phương pháp TCA để tính sai số động học của bộ truyền cycloidal
• 1.3.3.1. Xử lý và xây dựng hệ phương trình phi tuyến tính
• 1.3.3.2. Phương pháp giải hệ phương trình phi tuyến Newton-Raphson
• 1.3.3.3. Sử dụng phần mềm Matlab để tính sai số động học
• 1.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ ĐỂ GIẢM SAI SỐ ĐỘNG HỌC
• 1.4.1. Xem xét ảnh hưởng của số răng đĩa cycloidal đến sai số động học
• 1.4.2. Xem xét ảnh hưởng bán kính con lăn đến sai số động học
• 1.4.3. Xem xét ảnh hưởng độ lệch tâm đến sai số động học
• 1.4.4. Xem xét ảnh hưởng vị trí con lăn đến sai số động học
• 1.4.5. Biểu diễn sơ đồ dạng surface. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về bộ giảm tốc cycloid

Bộ giảm tốc cycloid là một loại truyền động cơ khí được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý truyền động qua các bánh răng cycloid, giúp giảm tốc độ và tăng mô-men xoắn. Bộ giảm tốc cycloid có nhiều ưu điểm so với các loại truyền động khác như hiệu suất cao hơn, kích thước nhỏ gọn và khả năng chịu tải tốt. Những ứng dụng chính của bộ giảm tốc cycloid bao gồm trong các thiết bị rô-bốt và hệ thống điều khiển tự động. Tuy nhiên, việc thiết kế và sản xuất bộ giảm tốc cycloid đòi hỏi các quy trình kỹ thuật chuyên biệt, do đó, việc tối ưu hóa thông số hình học là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất và độ chính xác trong quá trình hoạt động.

1.1. Nguyên lý hoạt động của bộ giảm tốc cycloid

Nguyên lý hoạt động của bộ giảm tốc cycloid dựa trên sự tiếp xúc giữa các bánh răng cycloid và con lăn. Khi trục đầu vào quay, các bánh răng cycloid sẽ quay theo một quỹ đạo nhất định, tạo ra chuyển động quay cho trục đầu ra. Sự phân bố lực và mô-men xoắn trong hệ thống là rất quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của bộ giảm tốc. Việc nghiên cứu sai số động học trong quá trình hoạt động của bộ giảm tốc cycloid giúp xác định các thông số thiết kế phù hợp, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sai số trong quá trình truyền động.

II. Tối ưu hóa thông số hình học

Tối ưu hóa thông số hình học là một trong những mục tiêu chính trong nghiên cứu thiết kế bộ giảm tốc cycloid. Các thông số như số lượng răng, bán kính con lăn và độ lệch tâm có ảnh hưởng lớn đến sai số động học. Việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ giúp giảm thiểu sai số mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của bộ giảm tốc. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc lựa chọn đúng các thông số thiết kế có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ chính xác của bộ giảm tốc cycloid.

2.1. Các thông số ảnh hưởng đến sai số động học

Trong quá trình thiết kế bộ giảm tốc cycloid, các thông số như số lượng răng (zc), bán kính con lăn (Rrp), và độ lệch tâm (e) là những yếu tố chính ảnh hưởng đến sai số động học. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi số lượng răng tăng, sai số động học có xu hướng giảm, điều này giúp cải thiện độ chính xác của bộ truyền. Tương tự, bán kính con lăn lớn hơn cũng giúp giảm thiểu sai số động học. Tuy nhiên, việc tối ưu hóa các thông số này cần phải cân nhắc giữa hiệu suất và chi phí sản xuất.

III. Phương pháp tính toán sai số động học

Để tính toán sai số động học cho bộ giảm tốc cycloid, phương pháp phân tích tiếp xúc răng (TCA) được áp dụng. Phương pháp này cho phép xác định mối quan hệ giữa góc đầu vào và góc đầu ra, từ đó tính toán sai số động học. Việc sử dụng phần mềm Matlab để xử lý và phân tích dữ liệu giúp nâng cao độ chính xác trong tính toán. Kết quả từ việc tính toán cho thấy rằng, việc tối ưu hóa các thông số thiết kế có thể giảm thiểu đáng kể sai số động học trong bộ giảm tốc cycloid.

3.1. Ứng dụng phần mềm trong tính toán

Phần mềm Matlab được sử dụng để mô phỏng và tính toán các thông số thiết kế của bộ giảm tốc cycloid. Qua việc phân tích dữ liệu, các thông số như bán kính con lăn, số lượng răng và độ lệch tâm có thể được điều chỉnh để tìm ra giải pháp tối ưu nhất. Phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu sai số động học mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của bộ giảm tốc. Các kết quả thu được từ mô phỏng cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong hiệu suất và độ chính xác của bộ truyền khi các thông số được tối ưu hóa.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về bộ giảm tốc cycloid cho thấy tầm quan trọng của việc tối ưu hóa thông số hình học để giảm thiểu sai số động học. Các kết quả thu được đã chỉ ra rằng, việc lựa chọn đúng các thông số thiết kế không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo độ chính xác trong hoạt động của bộ giảm tốc. Hướng phát triển trong tương lai nên tập trung vào việc ứng dụng công nghệ mới trong sản xuất và thiết kế bộ giảm tốc cycloid, nhằm nâng cao hơn nữa hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Để tiếp tục nâng cao hiệu quả của bộ giảm tốc cycloid, cần có các nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chính xác. Các nghiên cứu nên tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới trong sản xuất và thiết kế, cũng như áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại để tối ưu hóa các thông số thiết kế. Điều này sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất trong tương lai.