Thiết kế hộp giảm tốc bằng con lăn biên dạng epixyclôít cho robot công nghiệp

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. PHẦN I: MỞ ĐẦU

1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3. Phương pháp nghiên cứu đề tài

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

2. PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

2. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU

2.1. Lịch sử phát triển

2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

2.3. Phân loại hộp giảm tốc xyclôít

2.4. Nguyên lý làm việc

2.5. Các ứng dụng của dụng hộp giảm tốc xyclôít

3. CHƯƠNG II: XÂY DỰNG BIÊN DẠNG ĐĨA CỐ ĐỊNH XYCLÔÍT KIỂU EPIXYCLÔÍT

3.1. Xây dựng biên dạng epixyclôít

3.2. Phương trình đường epixyclôít kéo dài

3.3. Sự hình thành biên dạng bánh răng

4. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CON LĂN KIỂU EPIXYCLÔÍT

4.1. Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng con lăn

4.1.1. Tính lực FCi (lực tác dụng từ con lăn lên đĩa epixyclôít)

4.1.2. Tính lực FKj (lực tác dụng từ chốt đầu ra lên đĩa epixyclôít)

4.1.3. Biểu đồ lực tính cho một số trường hợp

4.2. Tính toán độ bền tiếp xúc răng đĩa xyclôít

4.2.1. Hằng số đàn hồi của vật liệu các vật thể tiếp xúc zM

4.2.2. Tải trọng riêng tính toán về độ bền tiếp xúc qH

4.2.3. Các công thức kiểm nghiệm và thiết kế cho đĩa xyclôít

4.2.4. Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép [σH]

4.2.5. Tính kiểm nghiệm độ bền bánh răng khi quá tải

4.3. Tính toán độ bền con lăn và chốt trụ ra

4.3.1. Tính con lăn chốt trụ ra về độ bền tiếp xúc

4.3.2. Tính chốt trục ra về độ bền cắt và độ bền uốn

4.4. Tính toán trục và chọn ổ lăn

4.5. Trình tự tính toán và thiết kế bộ truyền

4.5.1. Chọn vật liệu

4.5.2. Chọn các thông số cơ bản

4.5.3. Kiểm nghiệm bánh răng về độ bền tiếp xúc

4.5.4. Tính trục vào, bạc lệch tâm và chọn ổ lăn lắp đĩa xyclôít

4.5.5. Tính chốt trục ra, con lăn đầu vào và trục ra

4.5.6. Tính chọn ổ lăn lắp giữa trục ra, trục vào với vỏ hộp giảm tốc

5. CHƯƠNG IV: PHẦN MỀM THIẾT KẾ TÍNH TOÁN

5.1. Cấu trúc chương trình

5.2. Hướng dẫn sử dụng chương trình

5.3. Tính toán thiết kế bộ truyền hộp giảm tốc con lăn Epixyclôít

6. CHƯƠNG V: KẾT LUẬN

6.1. Hướng phát triển để hoàn thiện

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc là một phần quan trọng trong hệ thống truyền động cơ khí, đặc biệt là trong các ứng dụng công nghiệp. Hộp giảm tốc kiểu Epixyclôít được phát triển để cải thiện hiệu suất và độ chính xác của các thiết bị. Việc nghiên cứu và phát triển hộp giảm tốc này đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu và kỹ sư. Hộp giảm tốc kiểu Epixyclôít có nhiều ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, tỷ số truyền cao và độ bền tốt. Những đặc điểm này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng trong robot công nghiệp và các thiết bị tự động hóa. Theo nghiên cứu, hộp giảm tốc kiểu Epixyclôít có thể thay thế các loại hộp giảm tốc truyền thống nhờ vào hiệu suất vượt trội và khả năng hoạt động êm ái.

1.1. Lịch sử phát triển

Bộ truyền bánh răng con lăn được phát triển từ bộ truyền bánh răng chốt với biên dạng xyclôít. Kỹ sư Lorenz Braren đã phát minh ra biên dạng xyclôít vào năm 1931. Từ đó, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện hiệu suất và khả năng ứng dụng của bộ truyền này. Đến những năm 80, với sự phát triển của công nghệ, việc sử dụng các con lăn đã giúp cải thiện hiệu suất truyền động, giảm ma sát trượt và tăng độ bền cho hộp giảm tốc. Ngày nay, hộp giảm tốc kiểu Epixyclôít ngày càng được ưa chuộng trong các ứng dụng công nghiệp nhờ vào khả năng truyền động hiệu quả và kích thước nhỏ gọn.

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nghiên cứu về hộp giảm tốc kiểu Epixyclôít đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Nhiều công ty nước ngoài như Hap Dong và Sumitomo đã phát triển và sản xuất các loại hộp giảm tốc này với nhiều kiểu dáng và công suất khác nhau. Tại Việt Nam, một số đơn vị cũng đã tiến hành nghiên cứu và chế tạo hộp giảm tốc kiểu Epixyclôít, tuy nhiên vẫn còn nhiều thách thức trong việc cải thiện độ chính xác và hiệu suất. Việc nghiên cứu và phát triển hộp giảm tốc kiểu Epixyclôít là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp tự động hóa và robot.

II. Thiết kế biên dạng đĩa Epixyclôít

Biên dạng đĩa Epixyclôít là yếu tố quan trọng trong thiết kế hộp giảm tốc. Việc xây dựng biên dạng này dựa trên các phương trình toán học phức tạp, giúp xác định hình dạng và kích thước của các bộ phận trong hộp giảm tốc. Phương pháp biến đổi ma trận thuần nhất được sử dụng để thiết lập phương trình biên dạng, từ đó tạo ra các mô hình chính xác cho việc chế tạo. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa biên dạng đĩa không chỉ giúp cải thiện hiệu suất truyền động mà còn giảm thiểu ma sát và hao mòn trong quá trình hoạt động. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy của hộp giảm tốc.

2.1. Xây dựng biên dạng Epixyclôít

Quá trình xây dựng biên dạng Epixyclôít bắt đầu bằng việc xác định các thông số hình học cần thiết. Các phương trình được thiết lập để mô tả hình dạng của biên dạng, từ đó tạo ra các mô hình 3D trên phần mềm thiết kế. Việc sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán và mô phỏng giúp giảm thiểu sai số trong quá trình thiết kế. Kết quả thu được từ các mô hình này sẽ được sử dụng để chế tạo các bộ phận của hộp giảm tốc, đảm bảo tính chính xác và hiệu suất cao trong quá trình hoạt động.

2.2. Phương trình đường Epixyclôít kéo dài

Phương trình đường Epixyclôít kéo dài là một phần quan trọng trong việc xác định hình dạng của biên dạng. Các phương trình này được xây dựng dựa trên các nguyên lý hình học và cơ học, giúp mô tả chính xác các đặc điểm của biên dạng. Việc phân tích và tối ưu hóa các phương trình này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất truyền động mà còn giảm thiểu các vấn đề liên quan đến ma sát và hao mòn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương trình này trong thiết kế hộp giảm tốc có thể mang lại nhiều lợi ích về mặt kỹ thuật và kinh tế.

III. Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng con lăn

Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng con lăn là một bước quan trọng trong quá trình phát triển hộp giảm tốc. Các yếu tố như lực tác dụng, độ bền tiếp xúc và các thông số cơ bản của bộ truyền cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc tính toán lực tác dụng từ con lăn lên đĩa Epixyclôít và từ chốt đầu ra lên đĩa là rất cần thiết để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của bộ truyền. Các công thức kiểm nghiệm và thiết kế cho đĩa xyclôít cũng cần được áp dụng để xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, từ đó đảm bảo độ bền và độ tin cậy của hộp giảm tốc trong quá trình hoạt động.

3.1. Lực tác dụng trong bộ truyền

Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng con lăn được xác định thông qua các phương trình cơ học. Việc tính toán lực từ con lăn lên đĩa Epixyclôít và từ chốt đầu ra lên đĩa là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định của bộ truyền. Các biểu đồ lực được xây dựng để mô tả các trường hợp khác nhau, từ đó giúp kỹ sư có cái nhìn tổng quan về cách thức hoạt động của bộ truyền. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa lực tác dụng có thể giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của hộp giảm tốc.

3.2. Tính toán độ bền tiếp xúc răng đĩa xyclôít

Tính toán độ bền tiếp xúc răng đĩa xyclôít là một phần quan trọng trong thiết kế hộp giảm tốc. Các hằng số đàn hồi của vật liệu và tải trọng riêng cần được xem xét để đảm bảo rằng bộ truyền có thể hoạt động hiệu quả trong thời gian dài. Việc áp dụng các công thức kiểm nghiệm và thiết kế cho đĩa xyclôít giúp xác định ứng suất tiếp xúc cho phép, từ đó đảm bảo rằng bộ truyền có thể chịu được các tải trọng lớn mà không bị hư hỏng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa độ bền tiếp xúc có thể giúp nâng cao tuổi thọ và độ tin cậy của hộp giảm tốc.

Luận văn thạc sĩ: Tính toán và thiết kế hộp giảm tốc cho robot công nghiệp