Đang tải... (xem toàn văn)
Bộ truyền bánh răng con lăn là một loại bộ truyền mới với nhiều ưu điểm vượt trội, tuy nhiên có rất ít tài liệu cũng như phương pháp tính thiết kế, đặc biệt là phần mềm tự động hoá thiết kế phục vụ vấn đề thiết kế trong nghiên cứu và sản xuất. Dựa trên phương pháp tính thiết kế bộ truyền bánh răng con lăn theo độ bền, bài báo này giới thiệu phần mềm tự động hoá thiết kế bộ truyền bánh răng con lăn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
63 Hội nghị Cơ học kỹ thuật toàn quốc Kỷ niệm 35 năm thành lập Viện Cơ học Hà Nội, 09/04/2014 Tự động hố tính tốn thiết kế truyền bánh lăn Vũ Lê Huy1 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Email liên lạc: huy.vule@hust.edu.vn Tóm tắt Bộ truyền bánh lăn loại truyền với nhiều ưu điểm vượt trội, nhiên có tài liệu phương pháp tính thiết kế, đặc biệt phần mềm tự động hoá thiết kế phục vụ vấn đề thiết kế nghiên cứu sản xuất Dựa phương pháp tính thiết kế truyền bánh lăn theo độ bền, báo giới thiệu phần mềm tự động hoá thiết kế truyền bánh lăn Từ khóa: truyền động, bánh lăn, tự động hố thiết kế, độ bền Giới thiệu Bộ truyền bánh lăn loại truyền phát triển dựa truyền bánh chốt với bánh có biên dạng Cycloid (nên gọi đĩa Cycloid) Đây loại truyền cho tỉ số truyền lớn, khả tải lớn, hiệu suất cao, làm việc êm, kích thước nhỏ gọn [1,2] Bộ truyền có ý nghĩa lớn lao việc giải tốn đặt cho hệ dẫn động có kích thước nhỏ máy Các động cơ-hộp giảm tốc với loại truyền sử dụng ngành cơng nghiệp hố học, cao su thực phẩm, chẳng hạn máy nén máy bơm, máy xay bột máy nghiền, dạng khác máy khuấy loại thiết bị khác Do loại truyền động có nhiều triển vọng áp dụng Mặc dù loại truyền chế tạo thử thành công Việt Nam [3], tài liệu nghiên cứu loại bánh không nhiều, đặc biệt tài liệu nghiên cứu độ bền đặc biệt Việt Nam Cũng hạn chế sở lý thuyết tính tốn thiết kế truyền nên phần mềm thực tính tốn thiết kế truyền chưa có Mặt khác, hình dạng kết cấu phức tạp truyền này, việc tính tốn thiết kế kích thước truyền xây dựng biên dạng đĩa Cycloid theo cách thủ cơng khó khăn Do việc xây dựng phần mềm tự động hóa phục vụ cơng việc tính tốn thiết kế xây đựng truyền cần thiết Dựa phương pháp tính tốn thiết kế truyền bánh lăn xây dựng tác giả [4], phần mềm tính toán thiết kế tự động loại truyền xây dựng Bài báo vào giới thiệu phần mềm Kết thu từ phần mềm đưa vào phần mềm CAD phục vụ cho việc nghiên cứu chế tạo dễ dàng, nhanh chóng Bộ truyền bánh lăn Hình mơ tả thành phần cấu tạo nên truyền bánh lăn với thành phần là: - Trục đầu vào với bạc lệch tâm ổ lăn - Các lăn bánh chốt lắp vành chốt Tâm lăn chốt giữ cố định - Bánh Cycloid hay đĩa Cycloid (trong truyền có 1, đĩa Cycloid) - Trục đầu gắn với chốt đầu ra, nhận chuyển động quay từ chuyển động đĩa Cycloid Nhờ sử dụng lăn nên ma sát xuất truyền làm việc ma sát lăn, nhờ truyền bánh lăn cho hiệu suất cao làm việc êm Hình giới thiệu nguyên lý làm việc truyền Khi trục đầu vào quay làm bạc lệch tâm gắn quay theo Bánh Cycloid lắp bạc có xu hướng quay theo bánh ăn khớp với lăn chốt vành chốt nên bánh lăn hành tinh bên vành chốt đồng thời tự Hình Cấu tạo truyền bánh lăn quay quanh tâm với tốc độ chậm theo chiều 64 Vũ Lê Huy Bạc lệch tâm (a) Trục vào 00 Trục vào Bánh Cycloid (b) Trục vào 900 Con lăn (c) Trục vào 1800 Chốt đầu (d) Trục vào 2700 Hình Mơ tả q trình làm việc truyền bánh lăn ngược lại Do số bánh Cycloid số chốt nên sau vòng quay trục vào bánh Cycloid quay quanh tâm bước Như vậy, tỉ số truyền đạt số bánh Cycloid Vận tốc bánh Cycloid truyền trục thơng qua chốt đầu có mang lăn Cụ thể theo hình 2, ban đầu đường thẳng nối tâm trục vào tâm bạc lệch tâm tạo với phương ngang góc 0 (gọi tắt trục vào 0) (hình (a)) trục góc 0 Khi trục vào quay góc 90 theo ngược chiều kim đồng hồ (hình 2(b)) bánh Cycloid quay góc 90/u theo chiều kim đồng hồ quanh tâm nó, đồng thời kéo trục quay theo góc 90/u, với u tỉ số truyền truyền Tiếp tục, trục vào quay góc 180 (hình 2(c)) trục quay góc 180/u Tương tự, trục vào quay góc 270 (hình 2(d)) trục quay góc 270/u Trong truyền động này, tỉ số truyền u số đĩa Cycloid z1 Do tỉ số truyền truyền bánh lăn lớn từ đến 65 Nếu sử dụng cấp truyền, tỉ số truyền từ 65 đến 3600 Tuy nhiên, dừng lại việc thiết kế truyền đơn lẻ, tức dùng cấp truyền Các công thức thiết kế kiểm nghiệm độ bền cho truyền bánh lăn Các công thức sau thiết lập [4] Một số thông số hình học mơ tả hình 3.1 Theo độ bền tiếp xúc đĩa Cycloid Công thức kiểm nghiệm có dạng: H ZM K H k k z T2 H 2(k z 1) z. bdc R2 (1) Trong đó: H [H] ứng suất tiếp xúc lớn xuất bề mặt đĩa Cycloid ứng suất tiếp xúc cho phép ZM - số đàn hồi vật liệu vật thể tiếp R2 xúc KH - hệ số tải trọng tính tiếp xúc Fpi Ni Mi Fri Rt Ft R2 - bán kính đường tròn qua tâm lăn Từ công thức (1), thu công thức thiết kế xác định R2 sau: rc i c bd - hệ số bề rộng vành đĩa Cycloid rp i - hệ số góc tiếp xúc α - hệ số xác định theo số đĩa Cycloid - mômen xoắn trục - số đĩa Cycloid i k kz T2 z O A Hình Các thơng số hình học lực tác dụng Tự động hố tính tốn thiết kế truyền bánh lăn R2 65 Z M K H k k z T2 4.z. bdc ( k z 1) H (2) 3.2 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc lăn trục Ứng suất tiếp xúc lớn xuất lăn đầu lỗ đầu đĩa Cycloid xác định theo công thức: H ZM với: k K H T2 zbRt A H rp (rp A) kγ - hệ số xét đến góc tiếp xúc γ Rt - bán kính vòng tròn qua tâm chốt đầu A - độ lệch tâm đĩa Cycloid (3) rp - bán kính lăn đầu b - bề rộng đĩa Cycloid 3.3 Tính chốt trục Cơng thức thiết kế xác định bán kính chốt trục theo độ bền cắt độ bền uốn: T2 k K Fp rch z.Rt c 4.T2 k K Fp (b / L) rch z.Rt (4) Trong [c] [] ứng suất cắt ứng suất uốn cho phép chốt, KFp hệ số tỉ lệ sai lệch lực tác dụng lý thuyết thực tế, L chiều dài chốt Tính thiết kế tự động truyền bánh lăn Dựa theo trình tự tính tốn thiết kế truyền bánh lăn thiết lập nghiên cứu trước [4], q trình tính tốn tự động cho truyền thực theo lưu đồ thuật toán hình Để thực tính thiết kế, số liệu đầu vào cần biết - Công suất cần truyền P1 (kW) mômen xoắn trục chủ động T1 (Nmm) - Số vòng quay trục chủ động n1 (vòng/phút) - Tỉ số truyền truyền u - Thời hạn làm việc Lh (giờ) - Điều kiện làm việc đặc tính tải trọng Q trình tính tốn thực theo lưu đồ Nếu tất điều kiện kiểm tra độ bền liệt kê mục trước thỏa mãn cho kết thiết kế kết thúc trình Kết thiết kế thông số kích thước truyền, trục ra, trục vào vật liệu sử dụng ổ lăn dùng để đỡ đĩa Cycloid Hình Lưu đồ thuật tốn tính thiết kế tự động truyền bánh lăn 66 Vũ Lê Huy Phần mềm tính thiết kế truyền bánh lăn Phần mềm tính thiết kế truyền bánh lăn xây dựng dựa ngơn ngữ lập trình C++ mơi trường Microsoft Visual Studio C++ 6.0 Hình thể lưu đồ sử dụng phần mềm Khi chạy chương trình khởi tạo tài liệu mới, phần mềm cung cấp hai phương pháp khởi tạo: - Tính thiết kế truyền mới: Q trình tính thiết kế thực theo thuật tốn thể hình - Nhập kích thước truyền: Dùng biết kích thước truyền Sau tính tốn thiết kế để thu thơng số hình học truyền bánh lăn, chương trình thực mô đồ hoạ truyền, cho vẽ báo cáo, đặc biệt thu vẽ biên dạng đĩa Cycloid Hình hiển thị giao diện phần mềm hiển thị vẽ thiết kế (hình 6(a)) mơ 3D truyền (hình 6(b)) Giao diện phần mềm có vùng đánh dấu hình 6(a) sau: Hình Sơ đồ cấu trúc chương trình tự động hóa - Vùng 1: chứa thực đơn thiết kế truyền bánh lăn công cụ thực chức phần mềm - Vùng 2: thể thông số, liệu đặc tính tài liệu hành - Vùng 3: hộp thoại thả hiển thị biểu đồ giá trị lực tác dụng làm việc truyền Các véc tơ lực hiển thị thực mô 2D Việc giúp nghiên cứu sâu trình làm việc truyền - Vùng 4: vùng quan sát phần mềm truyền thiết kế, bao gồm dạng vẽ kỹ thuật, mô 2D 3D Hình thể ví dụ kết lấy từ vùng quan sát Để thực mô 3D, thư viện đồ họa mở OpenGL sử dụng Bộ công cụ hỗ trợ cho việc mô xây dựng trước nhằm phục vụ mô 3D cho truyền khí [5] sử dụng phần mềm (a) (b) Hình Giao diện phần mềm tính thiết kế truyền bánh lăn với (a) vẽ thiết kế (b) mô 3D truyền Tự động hố tính tốn thiết kế truyền bánh lăn 67 (a) (b) Hình Bản vẽ thiết kế thu từ phần mềm tính tốn thiết kế cho truyền với thơng số đầu vào lấy theo sản phẩm (a) MJV3-103-17 (b) MJH8-106-35 hãng Hap Dong Machinery, Hàn Quốc [6] Đặc biệt, phân mềm có khả kết nối với phần mềm CAD chẳng hạn AutoCAD Khó khăn xây dựng mơ hình 3D truyền để tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn việc xây dựng mơ hình bánh răng, phần mềm giúp giải vấn đề Do vậy, với kết thu từ phần mềm này, việc xây dựng mơ hình tính tốn phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm 68 Vũ Lê Huy ANSYS hay COSMOS trở nên đơn giản Với biên dạng đĩa Cycloid thu từ phần mềm liệu số nên dễ dàng chuyển tới phần mềm điều khiển máy cơng cụ để gia cơng tạo hình biên dạng đĩa Cycloid Ví dụ ứng dụng Để kiểm tra khả tính tốn thiết kế, phần mềm sử dụng để tính tốn thiết kế số truyền bánh lăn với thông số đầu vào lấy theo sản phẩm hãng Hap Dong Machinery, Hàn Quốc [6] Số đĩa Cycloid ví dụ sau đĩa - Ví dụ 1: hộp giảm tốc cấp có nhãn hiệu MJV3-103-17 với thông số : Công suất trục vào: P1 = 2.5 kW Số vòng quay trục vào: n1 = 1000 vòng/phút Tỉ số truyền : u = 17 Có bán kính vòng tròn qua tâm lăn MJV3-103-17 R2 = 125 mm Kết tính thiết kế phần mềm thu R2 = 115 mm - Ví dụ 2: hộp giảm tốc cấp có nhãn hiệu MJH8-106-35 với thông số : Công suất trục vào: P1 = 5.86 kW Số vòng quay trục vào: n1 = 1000 vòng/phút Tỉ số truyền : u = 35 Có bán kính vòng tròn qua tâm lăn MJH8-106-35 R2 = 130 mm Kết tính thiết kế R2 = 140 mm Các kích thước khác truyền hai ví dụ thể vẽ hình với hình 7(a) ứng với ví dụ hình 7(b) ứng với ví dụ Do chưa có đầy đủ thơng tin truyền hãng Hap Dong Machinery, nên ví dụ thực với vật liệu tự lựa chọn theo vật liệu thông dụng thị trường thép 45 tự đặt điều kiện làm việc Tuy vậy, với thông số P1, n1 u nhau, qua ví dụ nhận thấy kết tính thiết kế với phần mềm so kích thước khn khổ thơng qua giá trị bán kính vòng tròn qua tâm lăn R2 với truyền sản xuất hãng HapDong không sai khác nhiều Với kết tính thiết kế thu cho thấy phần mềm ứng dụng thực tế nghiên cứu sản xuất loại truyền Kết luận Trong nghiên cứu này, dựa phương pháp tính tốn thiết kế truyền bánh lăn xây dựng tác giả nghiên cứu trước đây, phần mềm tự động hóa tính tốn thiết kế truyền bánh lăn xây dựng Phần mềm cung cấp cơng cụ tính tốn thiết kế truyền bánh lăn nhanh chóng thuận lợi Kết thiết kế sử dụng phần mềm thiết kế so với số truyền sản xuất nước cho kết phù hợp Do khả ứng dụng phần mềm thực tế nghiên cứu sản xuất truyền bánh lăn khả quan Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] Андожский В Д., Белянин А И., Вейц В Л., Гинзбург Е Г., Ефимович А И., Кривенко И С., Шанников В М., Френкель И Н (1959), Зубчатые и червячные передачи, Техическое Излательство машиностроительнои литературы, Москва Ленинград Nguyễn Thiện Phúc, Tạ Khánh Lâm, Phạm Hồng Phúc, Nguyễn Anh Tuấn, Xây dựng mô biên dạng bánh Cycloid truyền kiểu hành tinh-con lăn, Tuyển tập cơng trình Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ VII, 2002 Nguyen Thien Phuc, Planetary Cycloid roller gear reducer, Viet Nam journal of Mechanics Volume 24, National Center for Natural Science and Technology of Vietnam, Ha Noi, pp.147-154, 2001 Vũ Lê Huy, Xây dựng phương pháp tính tốn thiết kế truyền bánh lăn theo độ bền, Tuyển tập báo khoa học Hội nghị khoa học lần thứ 20 - Đại học Bách Khoa Hà Nội, phân ban Cơ khí, trang 16-20, 2006 Vũ Lê Huy, Ứng dụng thư viện đồ hoạ OpenGL, xây dựng cơng cụ lập trình nghiên cứu mô chiều truyền khí, Tuyển tập báo khoa học Hội nghị khoa học lần thứ 20 - Đại học Bách Khoa Hà Nội, phân ban Cơ khí, trang 28-33, 2006 http://www.hdmachinery.co.kr/html/common/frameset_03.html ... sử dụng ổ lăn dùng để đỡ đĩa Cycloid Hình Lưu đồ thuật tốn tính thiết kế tự động truyền bánh lăn 66 Vũ Lê Huy Phần mềm tính thiết kế truyền bánh lăn Phần mềm tính thiết kế truyền bánh lăn xây dựng... dài chốt Tính thiết kế tự động truyền bánh lăn Dựa theo trình tự tính tốn thiết kế truyền bánh lăn thiết lập nghiên cứu trước [4], q trình tính tốn tự động cho truyền thực theo lưu đồ thuật tốn... - Tính thiết kế truyền mới: Quá trình tính thiết kế thực theo thuật tốn thể hình - Nhập kích thước truyền: Dùng biết kích thước truyền Sau tính tốn thiết kế để thu thơng số hình học truyền bánh