Luận văn thạc sĩ về thiết kế hộp giảm tốc tự động tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Trần Thái Thuận Vương
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Tự Động Hộp Giảm Tốc
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.4. Phạm vi và nội dung nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Kết cấu của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Hộp giảm tốc
• 2.1.1. Định nghĩa
• 2.2. Phân loại
• 2.3. Ứng dụng
• 2.4. Các thành phần của hộp giảm tốc
• 2.4.1. Bánh răng
• 2.4.2. Trục
• 2.4.3. Then
• 2.4.4. Ổ lăn
• 2.4.5. Vỏ hộp
• 2.5. Các chi tiết phụ
• 2.6. Các yêu cầu thiết kế
• 2.7. Vấn đề thiết kế
• 2.7.1. Thiết kế tay
• 2.7.2. Thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm
• 2.7.3. Thiết kế tự động
• 2.8. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2.8.1. Các nghiên cứu ngoài nước
• 2.8.2. Các nghiên cứu trong nước
• 2.9. Các hạn chế tồn tại
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Trình tự tính toán
• 3.1.1. Bộ truyền bánh răng trụ
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHI TIẾT SỬ DỤNG PHẦN MỀM INVENTOR
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG
• 6. CHƯƠNG 6: KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN
• PHỤ LỤC 2: HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM VẼ TỰ ĐỘNG
• PHỤ LỤC 3: CODE THÊM MENUBAR TRONG AUTOCAD
• PHỤ LỤC 4: CODE TẠO CÂY THƯ MỤC CHO MENUBAR TRONG AUTOCAD
• PHỤ LỤC 5: CODE AUTOLISP VẼ BÁNH RĂNG TRỤ
• PHỤ LỤC 6: CODE VISUAL BASIC TÍNH TOÁN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
• PHỤ LỤC 7: CODE VISUAL BASIC KIỂM NGHIỆM BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG

Tóm tắt

I. Mở đầu

Trong bối cảnh hiện đại, hộp giảm tốc đóng vai trò quan trọng trong việc truyền động và điều khiển tốc độ của các máy móc. Việc thiết kế hộp giảm tốc truyền thống thường tốn nhiều thời gian và công sức. Do đó, nghiên cứu về thiết kế hộp giảm tốc tự động trở nên cần thiết. Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển một phần mềm có khả năng tự động hóa quá trình thiết kế, từ việc tính toán đến việc vẽ bản vẽ kỹ thuật. Phần mềm này được xây dựng trên nền tảng ngôn ngữ lập trình Visual Basic và AutoLisp, giúp giảm thiểu thời gian và công sức cho kỹ sư thiết kế.

1.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một phương pháp thiết kế tự động hộp giảm tốc nhằm giảm thiểu thời gian và công sức trong quá trình thiết kế. Phương pháp này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả công việc mà còn đảm bảo tính chính xác trong các thông số kỹ thuật. Việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào thiết kế sẽ tạo ra những sản phẩm chất lượng cao hơn, đồng thời mở ra cơ hội cho việc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao. Về mặt khoa học, nó đề xuất một phương pháp mới trong nghiên cứu thiết kế cở khí, giúp nâng cao hiệu quả trong việc thiết kế hệ thống truyền động. Về mặt thực tiễn, việc áp dụng phần mềm tự động hóa sẽ giúp các kỹ sư tiết kiệm thời gian, giảm thiểu sai sót trong thiết kế và nâng cao chất lượng sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gia tăng trong ngành công nghiệp.

II. Tổng quan về hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là một bộ phận quan trọng trong các hệ thống cơ khí, có chức năng truyền động và giảm tốc độ. Hệ thống truyền động này thường được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp và xây dựng. Hộp giảm tốc có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như loại truyền động, số cấp và vị trí giữa các trục. Việc hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc là rất cần thiết để có thể áp dụng vào thiết kế tự động.

2.1 Định nghĩa và phân loại

Hộp giảm tốc được định nghĩa là một cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có chức năng giảm tốc độ và tăng momen xoắn. Có nhiều cách phân loại hộp giảm tốc, trong đó phổ biến nhất là phân loại theo loại truyền động như bánh răng trụ, bánh răng côn và trục vít - bánh vít. Mỗi loại hộp giảm tốc có những ưu điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với từng yêu cầu cụ thể trong sản xuất và chế tạo.

2.2 Ứng dụng của hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong công nghiệp, nó thường được sử dụng để điều khiển tốc độ của các máy móc, từ máy bơm đến máy cắt. Trong nông nghiệp, hộp giảm tốc giúp điều chỉnh tốc độ của các thiết bị như máy gặt, máy xới đất. Việc hiểu rõ về ứng dụng của hộp giảm tốc sẽ giúp các kỹ sư có thể thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống truyền động một cách hiệu quả hơn.

III. Thiết kế hộp giảm tốc

Thiết kế hộp giảm tốc là một quá trình phức tạp, bao gồm nhiều bước từ việc tính toán các thông số kỹ thuật đến việc vẽ bản vẽ chi tiết. Việc thiết kế có thể thực hiện bằng tay hoặc với sự hỗ trợ của phần mềm. Tuy nhiên, thiết kế tự động đang trở thành xu hướng mới, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao độ chính xác. Phần mềm thiết kế tự động sẽ tự động tính toán và vẽ các chi tiết, từ đó giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả công việc.

3.1 Thiết kế tay và thiết kế hỗ trợ phần mềm

Thiết kế tay là phương pháp truyền thống, yêu cầu kỹ sư phải thực hiện từng bước tính toán và vẽ bản vẽ. Trong khi đó, thiết kế hỗ trợ phần mềm giúp giảm bớt khối lượng công việc bằng cách sử dụng các thư viện có sẵn. Tuy nhiên, cả hai phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế. Thiết kế tự động ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm này, cho phép kỹ sư chỉ cần nhập các thông số đầu vào và phần mềm sẽ tự động thực hiện các bước còn lại.

3.2 Quy trình thiết kế tự động

Quy trình thiết kế tự động bao gồm nhiều bước, từ việc nhập dữ liệu đầu vào đến việc xuất bản vẽ hoàn chỉnh. Phần mềm sẽ tự động tính toán các thông số kỹ thuật cần thiết và vẽ các chi tiết theo yêu cầu. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn đảm bảo tính chính xác cao trong thiết kế. Việc áp dụng quy trình này sẽ giúp nâng cao hiệu quả công việc và giảm thiểu sai sót trong quá trình thiết kế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, tự động hóa đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm. Theo ước tính, việc thiết kế hộp giảm tốc thủ công tiêu tốn nhiều thời gian và công sức, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất. Hộp giảm tốc là bộ phận quan trọng trong các hệ thống truyền động, giúp giảm tốc độ góc và tăng mômen xoắn, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như cơ khí, chế biến, xây dựng và nông nghiệp. Tuy nhiên, phương pháp thiết kế truyền thống chủ yếu dựa vào tính toán thủ công và vẽ bản vẽ bằng tay hoặc sử dụng phần mềm hỗ trợ nhưng vẫn mang tính thủ công cao, dẫn đến hiệu quả thấp và dễ phát sinh sai sót.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển một phương pháp thiết kế tự động hộp giảm tốc, giảm thiểu thời gian tính toán và vẽ thiết kế, đồng thời nâng cao độ chính xác và tính nhất quán của bản vẽ. Nghiên cứu tập trung vào thiết kế tự động hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng một cấp, sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual Basic cho tính toán và AutoLisp cho vẽ tự động trên nền tảng AutoCad. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc thiết kế tự động hộp giảm tốc, không mở rộng sang các bộ phận liên quan khác.

Ý nghĩa khoa học của đề tài là đề xuất một quy trình thiết kế tự động, góp phần phát triển công nghệ thiết kế máy trong ngành kỹ thuật cơ khí. Về thực tiễn, phần mềm thiết kế tự động giúp giảm đáng kể thời gian thiết kế, không đòi hỏi người dùng phải có trình độ chuyên sâu, từ đó hỗ trợ các kỹ sư và doanh nghiệp nâng cao hiệu quả công việc. Nghiên cứu được thực hiện tại Tp. Hồ Chí Minh trong năm 2014, phù hợp với xu hướng phát triển công nghiệp hỗ trợ và tự động hóa thiết kế trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình thiết kế hộp giảm tốc truyền thống, bao gồm:

• Lý thuyết tính toán bộ truyền bánh răng trụ, bánh răng côn và trục vít – bánh vít: Các công thức tính toán ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn, môđun răng, khoảng cách trục, số răng, và các hệ số tải trọng động được áp dụng theo tiêu chuẩn kỹ thuật cơ khí. Ví dụ, ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định theo công thức $$[\sigma_H] = \frac{\sigma_{0Hlim}}{K_{HL} S_H}$$ với các hệ số an toàn và tuổi thọ cụ thể.

• Mô hình thiết kế chi tiết và lắp ráp hộp giảm tốc: Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor với module Design Accelerator để thiết kế chi tiết 3D, tính toán và kiểm tra các thông số cơ lý của chi tiết trong môi trường làm việc thực tế.

• Ngôn ngữ lập trình AutoLisp và Visual Basic: AutoLisp được sử dụng để tự động hóa việc vẽ các chi tiết bánh răng trên AutoCad, trong khi Visual Basic đảm nhiệm phần tính toán thiết kế, giúp tự động hóa toàn bộ quy trình thiết kế hộp giảm tốc.

Các khái niệm chính bao gồm: ứng suất tiếp xúc, ứng suất uốn, môđun răng, hệ số tải trọng động, tỷ số truyền, cấp chính xác bộ truyền, và các thông số kỹ thuật của bánh răng và trục.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp thực nghiệm kiểm chứng:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, sách giáo trình kỹ thuật cơ khí, tiêu chuẩn thiết kế bánh răng, và các bài báo khoa học liên quan đến thiết kế hộp giảm tốc.

• Phương pháp phân tích: Phân tích các công thức tính toán thiết kế hộp giảm tốc theo độ bền tiếp xúc và độ bền uốn, áp dụng các hệ số tải trọng và tiêu chuẩn kỹ thuật. Lập trình phần mềm tính toán tự động bằng Visual Basic và vẽ tự động bằng AutoLisp.

• Kiểm nghiệm: So sánh kết quả tính toán thiết kế thủ công với kết quả do phần mềm tự động tạo ra để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của phương pháp.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2014, bắt đầu từ việc tổng hợp lý thuyết, phát triển phần mềm, thiết kế chi tiết bằng Autodesk Inventor, đến kiểm nghiệm và đánh giá kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu là các bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng một cấp, với các thông số kỹ thuật đa dạng để kiểm thử phần mềm trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm thời gian thiết kế: Phần mềm thiết kế tự động giúp giảm thời gian tính toán và vẽ hộp giảm tốc xuống còn khoảng 30% so với phương pháp thủ công. Ví dụ, thời gian thiết kế một bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng giảm từ vài giờ xuống còn khoảng 1 giờ.

2. Độ chính xác cao: Kết quả tính toán môđun, số răng, khoảng cách trục và ứng suất do phần mềm đưa ra có sai số dưới 3% so với tính toán thủ công, đảm bảo độ tin cậy trong thiết kế.

3. Tự động hóa quy trình vẽ: Sử dụng AutoLisp để tự động vẽ các chi tiết bánh răng trên AutoCad giúp loại bỏ các lỗi vẽ thủ công, tăng tính nhất quán và dễ dàng chỉnh sửa bản vẽ.

4. Giảm yêu cầu về trình độ người dùng: Phần mềm cho phép người dùng không cần có kiến thức chuyên sâu về thiết kế bánh răng vẫn có thể thực hiện thiết kế hộp giảm tốc hiệu quả, nhờ giao diện nhập liệu đơn giản và quy trình tự động hóa.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm thời gian thiết kế là do tự động hóa toàn bộ quy trình tính toán và vẽ, loại bỏ các bước lặp lại và thủ công. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào tự động hóa một phần như vẽ bánh răng trụ hoặc bánh răng côn, nghiên cứu này tích hợp cả tính toán và vẽ tự động, nâng cao hiệu quả tổng thể.

Kết quả phù hợp với các báo cáo ngành về lợi ích của tự động hóa trong thiết kế cơ khí, đồng thời khắc phục hạn chế của các phần mềm hỗ trợ thiết kế truyền thống như AutoCad hay Inventor, vốn vẫn yêu cầu thao tác thủ công nhiều.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh thời gian thiết kế thủ công và tự động, bảng so sánh sai số các thông số kỹ thuật giữa hai phương pháp, và hình ảnh minh họa giao diện phần mềm cùng bản vẽ tự động tạo ra.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển phần mềm thiết kế tự động đa dạng loại hộp giảm tốc: Mở rộng phạm vi thiết kế tự động sang các loại hộp giảm tốc bánh răng côn, trục vít – bánh vít nhằm tăng tính ứng dụng. Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu phần mềm, thời gian 12-18 tháng.

2. Tích hợp phần mềm vào quy trình sản xuất công nghiệp: Đề xuất các doanh nghiệp cơ khí ứng dụng phần mềm để nâng cao năng suất và chất lượng thiết kế. Thời gian triển khai: 6-12 tháng, chủ thể: doanh nghiệp và kỹ sư thiết kế.

3. Đào tạo và nâng cao kỹ năng sử dụng phần mềm cho kỹ sư: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thiết kế tự động hộp giảm tốc, giúp người dùng khai thác tối đa tính năng phần mềm. Chủ thể: các trường đại học, trung tâm đào tạo, thời gian 3-6 tháng.

4. Nghiên cứu cải tiến thuật toán tính toán và vẽ tự động: Tối ưu hóa thuật toán để tăng tốc độ xử lý và nâng cao độ chính xác, đồng thời phát triển giao diện thân thiện hơn. Chủ thể: nhóm phát triển phần mềm, thời gian 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế cơ khí: Hỗ trợ nâng cao hiệu quả công việc, giảm thời gian thiết kế và tăng độ chính xác bản vẽ.

2. Doanh nghiệp sản xuất cơ khí: Áp dụng phần mềm để tự động hóa quy trình thiết kế, tiết kiệm chi phí và nâng cao năng lực cạnh tranh.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Là tài liệu tham khảo quý giá trong giảng dạy và nghiên cứu về thiết kế hộp giảm tốc và ứng dụng lập trình trong thiết kế máy.

4. Nhà phát triển phần mềm kỹ thuật: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực tiễn để phát triển các công cụ thiết kế tự động trong lĩnh vực cơ khí.

Câu hỏi thường gặp

1. Phần mềm thiết kế tự động hộp giảm tốc có thể áp dụng cho loại hộp giảm tốc nào?
   Phần mềm hiện tại tập trung vào hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng một cấp, tuy nhiên có thể mở rộng cho các loại khác như bánh răng côn hoặc trục vít – bánh vít với các điều chỉnh thuật toán phù hợp.

2. Độ chính xác của kết quả thiết kế tự động so với thiết kế thủ công như thế nào?
   Sai số giữa kết quả thiết kế tự động và thủ công thường dưới 3%, đảm bảo độ tin cậy và phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật trong ngành.

3. Người dùng cần có kiến thức chuyên môn như thế nào để sử dụng phần mềm?
   Phần mềm được thiết kế thân thiện, không yêu cầu người dùng phải có trình độ chuyên sâu về thiết kế bánh răng, chỉ cần hiểu biết cơ bản về các thông số kỹ thuật đầu vào.

4. Phần mềm có hỗ trợ vẽ 3D chi tiết hộp giảm tốc không?
   Phần mềm sử dụng AutoLisp để vẽ bản vẽ 2D tự động trên AutoCad, còn thiết kế 3D chi tiết được thực hiện bằng phần mềm Autodesk Inventor với module Design Accelerator.

5. Làm thế nào để kiểm nghiệm kết quả thiết kế tự động?
   Kết quả được kiểm nghiệm bằng cách so sánh với tính toán thiết kế thủ công và các tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng thời thử nghiệm mô phỏng lắp ráp và vận hành trên phần mềm Autodesk Inventor.

Kết luận

• Đề tài đã phát triển thành công phần mềm thiết kế tự động hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng, giảm thời gian thiết kế xuống còn khoảng 30% so với phương pháp thủ công.
• Kết quả tính toán và bản vẽ tự động có độ chính xác cao, sai số dưới 3%, đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật.
• Phần mềm giúp giảm yêu cầu về trình độ chuyên môn của người thiết kế, mở rộng khả năng ứng dụng trong thực tế.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển phần mềm thiết kế tự động đa dạng loại hộp giảm tốc và tích hợp sâu hơn vào quy trình sản xuất công nghiệp.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng tính năng phần mềm, đào tạo người dùng và triển khai ứng dụng thực tế, kêu gọi các doanh nghiệp và cơ sở đào tạo phối hợp phát triển.

Hãy bắt đầu ứng dụng thiết kế tự động hộp giảm tốc để nâng cao hiệu quả công việc và chất lượng sản phẩm ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu 2 Luan van Giới thiệu lý do chọn đề tài và ý nghĩa của đề tài.  Chương 2: Tổng quan Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, từ đó đưa ra phương hướng giải quyết các tồn tại sẽ thực hiện trong đề tài.  Chương: Cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết phục vụ cho quá trình tính toán thiết kế.  Chương 4: Thiết kế chi tiết sử dụng phần mềm Autodesk Inventor Tạo các bản vẽ 3D chi tiết, lắp ráp thành hộp giảm tốc hoàn chỉnh.

 Chương 5: Xây dựng quy trình thiết kế tự động Xây dựng cơ sở dữ liệu liên quan để từng bước hình thành phần mềm tính toán thiết kế.  Chương 6: Kiểm nghiệm và đánh giá Tính toán tay và đem so sánh kết quả với phần mềm.  Chương 7: Kết luận và kiến nghị. Khả năng đạt đượcvà hướng mở rộng của đề tài.

 Tài liệu tham khảo  Phụ lục 3 Luan van Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Hộp giảm tốc 2.1 Định nghĩa Hộp giảm tốc là một bộ phận quan trọng của máy, dùng để truyền công suất từ động cơ điện đến trục chính, là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi được dùng để giảm vận tốc góc và tăng momen xoắn. Hộp giảm tốc là hệ thống các bộ truyền bánh răng trong hộp kín dùng để giảm tốc độ và truyền công suất từ động cơ đến bộ phận công tác. Thông thường, hộp giảm tốc được chế tạo sẵn, do đó khi cần, ta có thể lựa chọn theo tỷ số truyền và công suất mà không cần chế tạo.1: Các loại hộp giảm tốc thông dụng trong thực tế 4 Luan van 2.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại hộp giảm tốc, ở đây chúng ta xem xét một số cách phân loại sau:  Theo loại truyền động: hộp giảm tốc bánh răng trụ, bánh răng côn, trục vít – bánh vít… a) Bánh răng trụ b) Bánh răng côn c) Trục vít – bánh vít Hình 2.2: Phân loại theo truyền động  Theo số cấp: một cấp, hai cấp… a) Một cấp b) Hai cấp Hình 2.3: Phân loại theo số cấp  Theo vị trí tương đối giữa các trục trong không gian: hộp giảm tốc đặt ngang, thẳng đứng… 5 Luan van a) Nằm ngang b) Thẳng đứng Hình 2.4: Phân loại theo vị trí giữa các trục 2.3 Ứng dụng Hộp giảm tốc được ứng dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực, từ công nghiệp đến nông nghiệp. Đặc biệt được sử dụng rất nhiều trong cơ khí, ngoài ra còn nhiều lĩnh vực khác như: kỹ thuật, công nghệ, chế biến, xây dựng… 2.2 Các thành phần của hộp giảm tốc 2.1 Bánh răng Bộ truyền bánh răng làm việc theo nguyên lý ăn khớp, thực hiện truyền chuyển động và công suất nhờ vào sự ăn khớp của các răng trên bánh răng.

a) Bánh răng trụ b) Bánh răng côn c) Trục vít – bánh vít Hình 2.5: Các bộ truyền bánh răng 2.2 Trục Trục là chi tiết máy để đỡ các chi tiết quay, truyền momen xoắn hoặc thực hiện cả hai nhiệm vụ trên.3 Then Then là chi tiết lắp trên rãnh của chi tiết quay và trục, nó cản sự dịch chuyển hoặc quay tương đối hai chi tiết này. Nhờ vào then mà chuyển động và công suất được truyền từ chi tiết quay sang chi tiết trục và ngược lại.4 Ổ lăn Ổ lăn có công dụng là đỡ trục tâm và trục truyền, đảm bảo chuyển động quay và đỡ tải trọng tác dụng lên các chi tiết quay để thực hiện chuyển động quay chung quanh trục.5 Vỏ hộp Vỏ hộp giảm tốc có nhiệm vụ đảm bảo vị trí tương đối giữa các chi tiết và các bộ phận của máy, tiếp nhận tải trọng do các chi tiết lắp trên vỏ truyền đế, chứa dầu bôi trơn và bảo vệ các chi tiết tránh bụi. a) Nắp hộp b) Thân hộp Hình 2.6: Vỏ hộp giảm tốc 2.6 Các chi tiết phụ Các chi tiết phụ: vòng chắn dầu, nắp quan sát, nút thông hơi, nút tháo dầu, que thăm dầu, bulong vòng.3 Các yêu cầu thiết kế Bên cạnh vật liệu chế tạo các chi tiết và điều kiện chịu tải, việc phân phối tỷ số truyền cho các cấp bộ truyền trong hộp có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và 7 Luan van khối lượng của hộp giảm tốc. Có nhiều phương pháp phân phối tỷ số truyền, xuất phát từ các yêu cầu về công nghệ, về kích thước và khối lượng gọn nhẹ và vấn đề bôi trơn các bánh răng ăn khớp.

song các phương pháp này đều dựa vào điều kiện sức bền đều: các cấp bánh răng trong hộp cần có khả năng tải tiếp xúc như nhau. Phân phối tỷ số truyền các cặp bánh răng trong hộp giảm tốc cần phải thỏa mãn các điều kiện sau: kích thước bao hộp, điều kiện bôi trơn, độ bền đều giữa các cặp bánh răng, kết cấu thân hộp hợp lý, thuận tiện để bố trí các chi tiết máy trong hộp giảm tốc.4 Vấn đề thiết kế 2.1 Thiết kế tay Công việc tính toán thiết kế hoàn toàn thực hiện bằng thủ công, từ việc tính toán công thức, tra bảng dữ liệu, vẽ các chi tiết… 2.2 Thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm Bên cạnh việc phải tính toán, người thiết kế sử dụng các thư viện được cung cấp bởi các phần mềm hỗ trợ như: Autodesk Mechanical Desktop, Autodesk Inventor… 2.3 Thiết kế tự động Công việc thiết tính toán thiết kế hoàn toàn tự động, người thiết kế chỉ nhập các thông số đầu vào, chương trình sẽ tự động tính toán và vẽ tự động.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước 2.1 Các nghiên cứu ngoài nước Trên trang web CAD Tips có 2 bài đăng của tác giả Tony Hotchkiss: Spur Gear 01/09/2004, Beveled Gear 01/09/2006 sử dụng AutoLisp để vẽ tự động bánh răng trụ và bánh răng côn nhưng chỉ dùng cho AutoCad Release 14.2 Các nghiên cứu trong nước Ứng dụng ngôn ngữ AutoLisp trong việc lập trình chương trình tự động vẽ bản vẽ 3D kiến trúc công trình cầu giao thông. Bài báo giới thiệu Chương trình tự động vẽ 3D kiến trúc cầu giao thông, với điểm nổi bật của chương trình là có khả năng tự động hóa cao, khả năng tương tác cao giữa chương trình và người sử dụng thông qua các thông báo giúp người dùng biết được những sai sót khi nhập số liệu để người dùng điều chỉnh lại [6]. Chương trình AutoLisp tích hợp vào AutoCad biểu diễn tổng quát hình cắt dọc bánh răng côn.

Bài báo nghiên cứu xây dựng chương trình AutoLisp tích hợp vào AutoCad nhằm biểu diễn hình cắt dọc của kết cấu bánh răng côn thường được dùng rộng rãi trong các bản vẽ thiết kế máy cũng như thiết kế hộp giảm tốc của các loại đồ án tốt nghiệp và đồ án môn học đối với sinh viên cơ khí [7]. Sử dụng mã nguồn mở của AutoCad để tạo menu bar dùng cho sinh viên khối kỹ thuật. Bài báo hướng dẫn cách thức thiết kế một Menu Bar tích hợp các lệnh chuyên dùng, chuyển đổi trạng thái Menu Bar của chương trình AutoCad từ tiếng Anh sang ngôn ngữ tiếng Việt phù hợp với các sinh viên đang theo học chuyên ngành xây dựng [8]. Các đề tài nghiên cứu tối ưu hóa tính toán, thiết kế hộp giảm tốc như: Tự động hóa thiết kế hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp [9], tính toán tối ưu hộp giảm tốc trục vít hai cấp [10], kết cấu và tính toán tối ưu động cơ – hộp giảm tốc [11].3 Các hạn chế tồn tại Các đề tài nghiên cứu tối ưu hóa tính toán, thiết kế hộp giảm tốc là các đề tài cấp bộ đã được thực hiện trước đây khá lâu nên khó có điều kiện tiếp cận.

Các nghiên cứu, bài báo, bài viết được đăng trên nhiều diễn đàn về AutoLisp chủ yếu phục vụ cho dân xây dựng, kiến trúc. Chưa tìm thấy đề tài hoàn chỉnh về nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc. 9 Luan van Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3.1 Trình tự tính toán 3.1 Bộ truyền bánh răng trụ Chọn loại vật liệu chế tạo bánh răng, phương pháp nhiệt luyện, tra cơ tính vật liệu như: giới hạn bền, giới hạn chảy, độ cứng vật liệu [1]. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép để thiết kế sơ bộ theo công thức: 0.9𝐾𝐻𝐿 [𝜎𝐻 ] = 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚 (3-1) 𝑆𝐻 Trong đó: σ0Hlim – giới hạn mỏi tiếp xúc.

KHL – hệ số tuổi thọ. Giá trị KHL không được lớn hơn 2,4 để đảm bảo điều kiện không có biến dạng dẻo bề mặt răng khi làm việc. SH = 1,1÷1,2 – hệ số an toàn. 𝜎0𝐻𝑙𝑖𝑚 𝐾𝐹𝐶 Xác định ứng suất uốn cho phép : [𝜎𝐹 ] = 𝐾𝐹𝐿 (3-2) 𝑆𝐹 Trong đó: σ0Flim – giới hạn mỏi uốn.

SF = 1,5÷2,2 – hệ số an toàn trung bình. KFC – hệ số xét ảnh hưởng khi quay hai chiều đến độ bền mỏi. KFC = 1 khi quay một chiều, KFC = 0,7÷0,8 khi quay hai chiều. KFL – hệ số tuổi thọ.

Khi độ cứng của răng H ≤ 350 HB và đối với bánh răng được mài mặt lượn chân răng thì 2 ≥ KFL ≥ 1 Khi độ cứng của răng H > 350 HB và đối với bánh răng không được mài mặt lượn chân răng thì 1,6 ≥ KFL ≥ 1 10 Luan van Xác định chỉ tiêu tính toán là theo độ bền tiếp xúc hoặc độ bền uốn phụ thuộc vào bôi trơn, độ cứng bề mặt vật liệu… 3.1 Tính toán thiết kế theo độ bền tiếp xúc: Chọn ứng suất tiếp xúc cho phép [σH] theo bánh bị dẫn, là bánh răng có độ bền thấp hơn [1]: [𝜎𝐻 ] = 0,5√[𝜎 2 𝐻1 ] + 𝜎 2 𝐻2 ] (3-3) Hoặc có thể lấy gần đúng: [𝜎𝐻 ] ≈ 0,45([𝜎 2 𝐻1 ] + 𝜎 2 𝐻2 ]) (3-4) Tuy nhiên, giá trị [σH] phải thỏa điều kiện: [𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 ≤ [𝜎𝐻 ] ≤ 1,25[𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 Trong đó [𝜎𝐻 ]𝑚𝑖𝑛 là giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị [σH1] và [σH2] Nếu giá trị trên không thỏa, ta chọn các giá trị biên. Chọn hệ số chiều rộng vành răng ψba theo tiêu chuẩn.  Khi độ cứng bề mặt răng < 350 HB thì ψba = 0,30 ÷ 0,50  Khi độ cứng bề mặt răng ≥ 350 HB thì ψba = 0,25 ÷ 0,30 Tính ψbd và chọn sơ bộ hệ số tải trọng tính KH = KHβ theo bảng: Hệ số KH = KHβ Hệ số ψbd HB > 350 HB < 350 0,2 1,00 1,00 0,4 1,01 1,00 0,6 1,03 1,01 0,8 1,06 1,03 1,0 1,10 1,04 1,2 1,13 1,05 1,4 1,15 1,07 1,6 1,20 1,08 Bảng 3.