Mở đầu 2 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 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 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 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 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 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 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.