LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 2 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Ngọc Cường ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nổ lực, cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy Cô, cũng như sự động viên ủng hộ của gia đình và đồng nghiệp trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới: PGS-TS Lê Hiếu Giang, người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này.
Xin gởi lời tri ân nhất của tôi đối với những điều mà Thầy đã dành cho tôi. Các Thầy trong khoa Chế tạo máy đã hết lòng giúp đỡ để tôi hoàn thiện luận văn này. Gia đình, đồng nghiệp những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn. Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2013 Học viên thực hiện Nguyễn Ngọc Cường iii TÓM TẮT Tên đề tài: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG CON LĂN Thời gian: Từ 1/9/2012 đến 28/2/2013 Địa điểm: Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Kết quả chủ yếu đạt được: - Nghiên cứu khái quát về CAD/CAM/CAE và khả năng ứng dụng phần mềm trong thiết kế, phân tích thiết kế và gia công cơ khí.
- Nghiên cứu lý thuyết bánh răng biên dạng Cycloid, thiết lập phương trình biên dạng đĩa Cycloid. - Xây dựng được thêm một phương pháp tính ứng suất tiếp xúc răng đĩa bằng phần mềm ANSYS. - Xây dựng được 2 chương trình thiết kế biên dạng đĩa Cycloid và chương trình tính các lực tác dụng lên biên dạng đĩa. - Tiến hành gia công thử nghiệm bánh răng con lăn trên máy phay CNC.
The primary outcomes achieved: - esearch overview of CAD/CAM/CAE applications and software capabilities in the design, analysis and design for mechanical processing. - Research theory Cycloid gear profiles, set the compiler Cycloid discs. - Develop two programs designed Cycloid discs and programs of the forces on the disc boundary. - Conduct testing processing in the roller gears on CNC milling machines.
iv MỤC LỤC TRANG TỰA Trang QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC………………………………………………………….i LỜI CAM ĐOAN …………………………………………………………………ii LỜI CẢM ƠN ………………………………………………………………….iv MỤC LỤC …………………………………………………………………………v DANH MỤC CÁC BẢNG ………………………………………………………viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ……………………………………………………ix PHẦN I: MỞ ĐẦU ………………………………………………………………. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: ………………………………………. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI …………………………………………………3 3. ĐỀ XUẤT HƢỚNG NGHIÊN CƢ́U ………………………………………3 3.
Đối tƣợng nghiên cứu ………………………………………………. Phạm vi nghiên cứu …………………………………………………. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………………. NỘI DUNG THỰC HIỆN ……………….
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ……………….6 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CƢ́U ………………………….7 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH VƢ̣C NGHIÊN CƢ́U …………………7 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT …………………………………. GIỚI THIỆU TÓM LƢỢC CAD/CAM/CAE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG CƠ KHÍ …. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦ A BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CON LĂN ………………………………………………………. Nguyên lý làm việc……………………………………………….
THIẾT LẬP PHƢƠNG TRÌ NH BIÊN DẠNG ĐĨA CYCLOID …. Thiết lập phương trình biên dạng đĩa Cycloid………………….29 Chƣơng 3 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CON LĂN30 3. LỰC TÁC DỤNG TRONG BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CON LĂN. TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN TIẾP XÚC RĂNG ĐĨA CYCLOID….
Hằng số đàn hồi của vật liệu các vật thể tiếp xúc ZM…………. Tải trọng riêng tính toán về độ bền tiếp xúc qH ………………. Bán kính cong tương đương ……………………………………. Các công thức kiểm nghiệm cho đĩa Cycloid …………………….
Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép H ………………………. TÍNH TOÁN CON LĂN …………………………………………. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN …………………………….54 Chƣơng 4 CHƢƠNG TRÌ NH XÂY DƢ̣NG BIÊN DẠNG – TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN BÁNH RĂNG CON LĂN ………………………. CHƢƠNG TRÌNH XÂY DỰNG BIÊN DẠNG …………………….
Nội dung chương trình Visual Basic ………………………. Nội dung chương trình AutoLISP …………………………. CHƢƠNG TRÌNH TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN BÁNH RĂNG CON LĂN …………………………………………………………………. Nội dung chương trình ……………………………………….
Hướng dẫn sử dụng chương trình ………………………….79 Chƣơng 5 TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO BIÊN DẠNG BÁNH RĂNG CON LĂN 82 vi 5. CÁC THÔNG SỐ VÀ MÔ HÌNH BÀI TOÁN THIẾT KẾ CHẾ TẠO BÁNH RĂNG CON LĂN ………………………………………………. THIẾT KẾ BIÊN DẠNG ĐĨA RĂNG CYCLOID ………………. ỨNG DỤNG CAE TRONG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CON LĂN ………………………………………………………………….
ỨNG DỤNG CAM TRONG GIA CÔNG BÁNH RĂNG CON LĂN. Lưu đồ quá trình thiết lập qui trình công nghệ gia công chi tiết trên Pro/ENGINEER ………………………………………………………. Chi tiết sau khi gia công …………………………………………. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ………………………………….92 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI …………………….
HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI …………………………….94 TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………….97 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên Bảng Trang bảng 3.1 Trị số hệ số KH cho bánh răng trụ răng thân khai 41 3.2 Trị số hệ số KH cho bộ truyền bánh răng con lăn 43 3.3 Giới hạn bền mỏi tiếp xúc H0 lim của mặt răng ứng với 48 số chu kỳ cơ sở 3.4 Hệ số quy đổi KHE 51 3.5 Giá trị hệ số k 53 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 1.1 Bản vẽ hộp giảm tốc bánh răng con lăn 8 1.2 Động cơ - hộp giảm tốc bánh răng con lăn 8 1.3 Mô ̣t số loa ̣i Đô ̣ng cơ – Hô ̣p giảm tố c bánh răng con lăn 9 của hãng Hap Dong 1.4 Mô ̣t số loa ̣i Đô ̣ng cơ – Hô ̣p giảm tố c bánh răng con lăn 10 của hãng Sumitomo 1.5 Mô ̣t số loa ̣i Đô ̣ng cơ – Hô ̣p giảm tố c bánh răng con lăn 10 của hãng Centa 1.6 Các môđun quay với bánh răng con lăn dùng cho Rôbốt 11 2.1 Mô phỏng gia công với phần mềm CATIA 15 2.2 Mô phỏng ứng suất và chuyển vị với CATIA 17 2.3 Cấu tạo bộ truyền bánh răng con lăn 18 2.4 Khai triển của một hộp giảm tốc bánh răng con lăn 18 2.5 Mô tả nguyên lý làm việc của bộ truyền bánh răng con lăn 19 2.6 20 Sự tạo thành đường EpiCycloid 2.7 Sự tạo thành đường HypoCycloid 20 2.8 Sự tạo thành đường EpiCycloid kéo dài 21 2.9 Sự tạo thành biện dạng ăn khớp EpiCyloid với con lăn 22 răng chốt 2.10 Xây dựng đường Epicloid 23 2.11 Đường EpiCycloid kéo dài đầy đủ 25 2.12 Xây dựng biên dạng đĩa Cycloid 26 2.13 Đường bao trong đầy đủ của họ vòng tròn bán kính rc 28 3.1 Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng con lăn 30 Xác định các góc αi và i 3.3 Lực pháp tuyến qn 34 3.4 Thông số bộ truyền bánh răng con lăn 35 3.6 Lực con lăn tác dụng lên đĩa đồng quy về 1 điểm 37 3.7 Lực con lăn tác dụng lên đĩa khi đường nối tâm trục với 38 tâm đĩa Cycloid quay được một góc 3.8 Kích thước bộ truyền bánh răng 41 3.9 Sơ đồ tải trọng thay đổi 50 4.1 Lưu đồ khối Visual Basic xuất bảng tọa độ 58 4.2 Chương trình tính to ̣a đô ̣ X, Y 62 4.3 Lưu đồ khối AutoLISP vẽ biên dạng bánh răng con lăn 63 4.4 Đường bao trong đầy đủ của họ vòng tròn bán kính rc 67 4.5 Lưu đồ khối tính phản lực từ con lăn tác dụng lên đĩa 69 4.6 Lưu đồ khối tính phản lực từ chốt tác dụng lên đĩa 70 4.7 Lưu đồ khối tính phản lực từ trục tác dụng lên đĩa 71 4.8 Giao diện chương trình tính lực 79 4.9 Nhập các thông số chung và riêng 79 4.10 Chương trình yêu cầu nhập các góc Anpha 80 4.11 Chương trình yêu cầu nhập các góc Gamma 80 4.12 Kết quả các lực tác dụng 81 5.1 Mô tả kích thước hình dáng của bộ truyền bánh răng con 82 lăn được lấy làm ví dụ xác định giá trị các lực 5.2 Lắp ráp bộ truyền bánh răng con lăn 86 5.3 Trường ứng suất von-Mises 87 5.4 Trường biến dạng 87 5.5 Lưu đồ quá trình lập QTCN gia công chi tiết trên 90 Pro/Engineer 5.6 Sản phẩm hoàn chỉnh sau khi gia công 91 x PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm gần đây, bộ truyền bánh răng con lăn có biên dạng răng là đường Cycloid được sử dụng ngày càng rộng rãi. Đây là loại bộ truyền cho tỉ số truyền cao, kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên việc ứng dụng loại bộ truyền bánh răng con lăn vào thực tế còn nhiều hạn chế do sự phức tạp trong quá trình xây dựng biên dạng và độ chính xác chế tạo răng đĩa Cycloid.
Bộ truyền với ăn khớp Cycloid có ý nghĩa lớn lao trong việc giải các bài toán đặt ra cho các hệ dẫn động có kích thước nhỏ của các máy được chế tạo có sự tham gia trực tiếp của động cơ điện lắp với các bộ truyền. Các động cơ - hộp giảm tốc này có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp hoá học, cao su và thực phẩm, thí dụ dùng trong máy nén và máy bơm, máy xay bột và máy nghiền, các dạng khác nhau của máy khuấy và các loại thiết bị khác. Sản xuất loại bộ truyền này theo phương pháp truyền thống cần có thiết bị chuyên dùng phức tạp và khá đắt tiền, mà đầu tư thiết bị chuyên dùng này nếu sử dụng không hết công suất sẽ gây lãng phí lớn. Vì vậy, tiến hành nghiên cứu công nghệ gia công bánh răng con lăn trên máy phay CNC hay trên các trung tâm gia công nhằm phát huy tối đa khả năng công nghệ của các máy phay CNC đạt được độ chính xác và năng suất yêu cầu cũng là một vấn đề cần được nghiên cứu.
Hơn nữa, Ở Việt Nam bộ truyền này chủ yếu nhập từ nước ngoài, hoặc máy có sẵn mua từ nước ngoài có sử dụng bộ truyền này, việc nghiên cứu công nghệ chế tạo bánh răng con lăn nhằm để chế tạo chi tiết thay thế khi hư hỏng bộ truyền là cần thiết. Trong lĩnh vực cơ khí, máy tính được ứng dụng trong 3 giai đoạn chính của quá trình sản xuất - gia công gồm: Thiết kế, tính toán mô phỏng và điều khiển gia công. 1 Vậy, trong nền công nghiệp hiện đại, máy tính hỗ trợ cho mọi công việc trong quá trình thiết kế, phân tích thiết kế và tổ chức sản xuất, thực hiện hoàn chỉnh một quá trình thiết kế chế tạo. Tại Việt Nam mặc dù việc cơ khí hóa và tự động hóa đã có những bước phát triển nhất định nhưng việc mô phỏng tính toán, phân tích thiết kế trước khi gia công thường chưa được khảo sát kỹ.