TÓM TAT LUẬN VANNhiệm vụ chính của luận văn là khảo sát tình hình nghiên cứu trước đây về cơ cầucam Globoidal, qua đó dé xuất được ý tưởng cũng như phương pháp xác định phươngtrình bề mặ
TINH UNG SUAT
1 Xác định va phân tích nguyên nhân hư hong a Xác định nguyên nhân hư hỏng
Dựa vào chức năng làm việc của cơ cầu cam globoidal, ta có thể xác định hư hong của trục cam (trục vit) gom các dang hu hỏng như: trục bi mon, bi tróc rô bè mặt, bị dính Trong bộ truyền cam globoidal, khi làm việc với van tốc lớn làm cho bộ truyền nóng lên, nhiệt sinh ra nhiều, lớp dâu bơi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc bị phá hỏng Do đó hiện tượng tróc ro bề mặt Xảy ra nhiều hơn.
Ta không xét đến hiện tượng mòn tróc rỗ bề mặt ren trên đĩa xoay, mà chỉ xét đến hiện tượng mòn gãy-mẻ trục vít, tróc bề mặt trục cam Hiện tượng mòn trục cam thường xảy ra đối với những trường hợp bôi trơn không tốt, dau bơi tron ban , trong các bộ truyền lắp ghép không chính xác hoặc lúc đóng và mở máy, làm cho bộ truyền hoạt động không tốt nữa. b Phân tích nguyên nhân hư hong: s* Truc cam (trục vit) mòn nhanh Đây là dạng hỏng thường xảy ra trong các bộ truyền bôi trơn không tốt, chế độ chăm sóc bảo dưỡng và bôi trơn không định kỳ, dầu bôi trơn ban Do trong các bộ truyền hở không có thiết bị che chắn làm bụi, hạt mài lọt vào giữa các bề mặt tiếp XÚC.
Do ảnh hưởng của môi trường xung quanh, cũng gây ra hiện tượng mòn nhanh, độ chính xác khi ăn khớp giảm, gây ôn.
Hiện nay chưa có phương pháp xác định độ mòn và tính tóan độ mòn vì hiện tượng mòn phụ thuộc vào nhiều yếu tố mang tinh chất ngẫu nhiên nên khó xác định, hiện tượng mòn thường được kiểm tra băng sự ăn khớp giữa hai bề mặt băng bột màu.
Khi trục cam vượt quá giới hạn mòn, không thé sử dụng được nữa thì tiễn hành sửa chữa, thay thế. Đề giảm độ mòn có thé tăng độ rắn và độ nhăn bề mặt trục, phải có thiết bi che chăn, dùng dâu bôi trơn hợp lý. s* Gay ren — mẻ ren
Là dạng hỏng rất nghiêm trọng không những làm bộ truyền mat đi khả năng làm việc mà có khi làm phá hỏng các chi tiết khác.
Ren trên thân cam bị gấy do các nguyên nhân:
- Do sự ăn khớp quá đột ngột giữa ren trên trục cam và con lăn trên đĩa xoay.
- Do trục cam bị quá tải khi làm việc, bi va vào vật la hay do chế tạo băng vật liệu không đảm bảo.
- Do chế tạo và lắp rap không đúng, kết cầu bộ truyền không hợp lý.
- Do các vật nhỏ lọt vào các rãnh trục khi trục cam và đĩa xoay truyền động làm mẻ ren, hoặc các chi tiết khác bị quá tải Nhưng hau hết các vết gãy do quá tải, mỏi hoặc giòn, chế tạo lắp ghép không chính xác ren trục cam gãy thường do ứng suất gây nên, vết gay thường bat đầu ở góc lượn là nơi tập trung ứng suất lớn nhất. Để tránh hiện tượng gãy, khi tính tóan phải tính theo sức bền mỏi uốn, khi làm việc quá tải phải kiểm tra ứng suất quá tải Mặt khác phải tăng môđun, dùng phương pháp nhiệt luyện dé tăng bên, giảm tập trung ứng suất tại chân ren bang cách tăng bán kính góc lượn chân ren.
Trong trường hợp gãy nhiều ren tiến hành sửa chữa bằng phương pháp han va cay then hoặc thay trục cam mới. s* Tróc bề mặt làm việc của trục cam: Đây là dạng hư hỏng trên bề mặt ren, thường xảy ra trên các bộ truyền kín, không có bụi rơi vào, dầu bôi trơn tốt và day đủ Trong các bộ truyền ít được bơi trơn hoặc bơi trơn không đầy đủ như bộ truyền hở thì hiện tượng tróc thường không xảy ra, vì bề mặt bị mài mòn trước khi xuất hiện vết nứt, tróc bề mặt, do vật liệu răng bị mỏi vì làm việc lâu với tải trọng lớn, bề mặt làm việc của trục cam bị quá tải cục bộ. s* Xước bề mặt ren trên trục cam:
Do thiếu dầu bơi trơn các bề mặt ren khi làm việc, nên sinh ra ma sát khô làm xước bé mặt ren. Để giảm xước bé mặt cần đảm bảo chế độ boi trơn hợp lý. s* Trục cam bị dính:
Thường xảy ra ở các bộ truyền chịu tải trọng lớn, vận tốc cao, tại vị trí ăn khớp sinh ra nhiệt độ cao, màng dầu bơi trơn bị phá vỡ làm cặp chi tiết trục cam và đĩa xoay ăn khớp nhau trong điều kiện áp, suất nhiệt độ cao khiến trục cam và đĩa xoay dính vào nhau, khi chuyên động những mảnh kim loại nhỏ sẽ đứt khỏi con lăn và bám vào bê mặt ren trên thân cam, làm cho bê mặt ren go ghê, biên dạng trục cam méo mó.
Dính thường xảy ra ở các trục cam — đĩa xoay sử dụng cùng vật liệu và không được tôi cứng. Đề tránh hiện tượng trục cam bị dính cần tăng độ nhăn bóng và độ cứng bề mặt ren, dùng thêm dâu chống dính và đảm bảo chế độ bôi trơn đầy đủ.
Ngoài ra trục cam còn có các dạng hư hỏng khác: có vết nứt ở vành ren, nan hoa va mayo, bề mặt lỗ hoặc then trong mayơ bị ép vở, then hoa và các chỗ lượn mặt đầu trục then bị vỡ.
=> Qua các dạng hỏng kế trên ta thấy việc xác định ứng suất tiếp xúc trên bê mat ăn khớp của bộ truyền này là một việc làm hết sức can thiết hỗ trợ cho việc thiết kế hình học cũng như lựa chọn các loại vật liệu chế tạo phù hợp nhằm đảm bảo bê mặt tiếp xúc chính xác giữa các ren trên thân cam và các con lăn trên đĩa xoay phù hợp voi từng mục dich sw dụng khác nhau.
2 Cơ sở lý thuyết để xác định ứng suất tiếp xúc tại bề mặt ăn khớp Trong trường hợp này chúng ta sẽ xem như sự tiếp xúc giữa bề mặt con lăn và ren xoăn là sự tiếp xúc của hai hình trụ trong đó bán kính của con lăn có giá tri cô định còn bán kính cua ren sé thay đôi phụ thuộc vào vi trí khảo sát.
Hình 2.2 Mô hình giả định sự tiếp xúc giữa con lăn và ren
Từ đó, chúng ta sẽ xác định ứng suất tiếp xúc tại bề mặt ăn khớp giữa con lăn lắp trên đĩa xoay và ren xoắn trên cam theo công thức Héc áp dụng cho trường hợp hai hình trụ tiép xúc như sau :
(2.1) Trong đó : e Z„ là hăng số đàn hỏi của vật liệu các vật thé tiếp xúc z, = | EE,
Ei,E; và fy, là môđun đàn hồi và hệ số Poát xông của vật liệu e gq, là cường độ tải trọng pháp tuyến, là tri số lực pháp tuyến tác dụng lên một đơn vị chiều dài tiếp xúc. e 0 là bán kính cong tương đương ˆ (R‡R)RR,mm" (2.3)
R, Ro là bán kính cong tai vị trí tiếp xúc, ở đây là bán kính của con lăn và bán kính của ren xoắn trên thân cam, dau + dùng khi hai tâm cong ở hai phía so với điểm tiếp xúc, dấu - dùng khi hai tâm cong ở cùng phía Trong trường hợp này hai tâm cong ở hai phía so với điểm tiếp xúc do đó ta có công thức tính bán kính tương đương như sau :
(2.4) Đối với vật liệu có = 0,25+0,35, lay trung bình 0.3, ta có Z,, =0,591VE và oy =0,418 [= (2.5) p
XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH BE MAT TIẾP XUC
Với mục tiêu tìm được bán kính mặt ren tại vi trí tiếp xúc trước hết ta cần phải xác định được biên dạng tiếp xúc của bề mặt ren và con lăn Muốn xác định được biên dạng này thì cần phải có được phương trình bề mặt tiếp xúc.
Gọi I là điểm tiếp xúc giữa bề mặt con lăn và ren, khi trục cam và đĩa xoay quay thì điểm tiếp xúc sé di chuyền (thay đổi vị trí liên tục), nếu xác định được tập hợp tất cả các điểm tiếp xúc này và liên kết chúng lại với nhau ta sẽ có được bề mặt tiếp xúc.
2 Thực hiện Ở đây ta xem như đĩa xoay và trục cam đều găn với một hệ tọa độ di động tương ứng, ngoài ra trên trục cam còn gan một hệ tọa độ có định làm sốc Bang phuong phap biến đổi tọa độ, đầu tiên ta sẽ xác định toa độ điểm tiếp xúc I trong hệ tọa độ di động gan với đĩa xoay sau đó biến đôi từ hệ này về hệ tọa độ di động găn VỚI trục cam và cudi cùng từ hệ di động gan với trục cam về hệ cô định => kết quả đạt được sau cùng chính là phương trình bề mặt tiếp xúc mà ta cần xác định.
Cụ thé, ta có sơ đồ bố trí cơ câu như Hình 11, với:
> Con lăn hình trụ có bán kính là r, chiều cao là t, lắp ở phía ngoài đĩa xoay (đóng vai trò tương tự một răng của bánh vít) tiếp xúc với mặt cam (đóng vai trò trục vít) trên đoạn AB.
> Bán kính đĩa xoay là Ra.
Khoảng cách trục của cam và đĩa xoay là Rị+R›.
Gúc quay của cam là ỉ.
Hệ tọa độ cô định là XoY Zo.
Hệ tọa độ găn với cam là X,Y |Z).
VV V VY VY WV Hệ tọa độ găn với đĩa xoay là XzY›2.
SL A A TỰ, as xX, Xf œ
Hình 3.1 So đồ bô trí cơ câu với các hệ trục toa độ
Xét tọa độ của điểm A trong hệ X,Y>Z>, ta có :
Hình 3.2 Sơ đồ xác định vi trí điểm A trong hệ tọa độ XzY 2⁄4 e X, = OC = OE- CE = HG — JG = OG.sin@ — AG.cos@ = (Ro 5 ) sinổ - r.cos@ e Y, = -OD = -(OH + HD) = -(OH + JA) = -(OG.cos@ + AG.sin@) = -[(R› 5 ).COSỞ + r.sin@ | = - (Ra 5 ).cos@ - r.sin8ổ e ZA=0
Vậy tọa độ của điểm A trong hệ X2Y>Z> thé hiện dưới dạng ma trận là :
Từ đó ta có tọa độ của điểm I bất kỳ trên đoạn AB cach A một đoạn t¡ trong hệ X;Yz⁄Z; thé hiện dưới dạng ma trận là :
Ma trận chuyển đổi từ hệ 2 vẻ hệ | là :
Tọa độ của điểm I trong hệ X,; YZ, thé hiện dưới dạng ma trận là :
00 1 0 t lị=Tỡa.b= —(R, ——+t,).cosỉé— r.sin8r= 112 B= 1 ng 0 x} —(R, 2 )
Khi cam quay, xem như hệ X,Y ,Z, quay quanh trục Zp góc @ và tịnh tiễn dọc trục một đoạn Kp
Ma trận chuyền đổi từ hệ X;¡Y ¡⁄Z¡ về hệ XoYoZo là : leosứ -sing 00 | sing cosơ 0 0
Tọa độ của điểm I trong hệ XoY g2 thé hiện dưới dạng ma trận là : lcosứ -—sinứg 0 0 | |(R+R,)-(R, =0) cos đ— r.sin@ sing cosg 0 O 0
Giả sử góc quay @ của cam quan hệ tuyến tính với góc quay @ của dia xoay, tức là 2=.
U Chia chiều cao con lăn thành 96 điểm, điểm bắt đầu tương ứng với tl()=0
20 + So lan lap ti - chieu cao con lan 2i- m;
22 + Thoi diem bat dau oe ti(1)=0;
> Giá trị góc quay ban dau của cam trục vít)
24 3# Goc quay truc vit oy teta (1)=-6*pi/zbv;
> Số thứ tự lưu các tọa độ trên bề mặt ren
26 + So thu tu luu toa do be mat cam 7 k=0;
> Tiến hành nhập phương trình bề mặt tiếp xúc giữa ren va con lăn như đã tính toán trước đó Phương trình bề mặt tiếp xúc sẽ có 3 biến là: chiều cao tĂ con lăn, gúc quay ỉ cua cam và gúc quay @ cua đĩa xoay nhưng nhờ mụi quan hệ tuyến tớnh giả định ỉ =o giữa gúc quay ỉ của cam va gúc quay ứ của đĩa xoay nờn phương trỡnh chỉ cũn 2 biến, đú là tĂ và ỉ. for 1=2:n for j=2:m k=k+1;
3 Toa do be mat ren I(k,1)=(R1+R2) *cos (phi (i-1) ) - (R2-t/2+t1(j-1) ) *cos (teta(i-1) ) *cos (phi (i-1) )-r*sin(teta(i-1) ) *cos (phi (1—1) ) I(k,2)=(R1+R2) *sin (phi (i-1) )-(R2-t/2+ti(j-1) ) *cos(teta(i-1)) *sin(phi(i-1))-r*sin(teta(i-1))*sin(phi(i-1)) 1(k,3)=(R2-t/2+t1 (3-1) ) *sin(teta(i-1))-r*cos(teta(i-1))+R2*phi (i-1) /zbv;
3 chieu cao con lan t1 (3) =t1 (3-1) +t/m; end; phi (i) =phi (1-1) +delphi ; teta (i)=-6*pi/zbv+phi (i) /zbv; end;
> Sau khi tim được các điêm tiêp xúc giữa bê mat con lăn va ren, ta tiên hành vẽ biên dạng tiếp xúc đồng.
41 + Ve be mat cam42 — bliot3(I1(:,1),1(:,2),1(:,3))z
Kết quả ta sẽ được biên dạng tiếp xúc như sau: tỡeứ de sk | 282 C7De Ê-|\2a\08\/a0
| File Edit View Insert Tools Desktop Window Help
Hình 4.1a,b Biên dạng tiếp xúc giữa bề mặt ren va con lăn.
“+ Ta thay răng biên dạng tiếp xúc ở đây được tạo nên bởi hàng trăm nghìn hay thậm chí hàng triệu (ti) điểm, néu muốn biên dạng mịn hơn nữa thì ta chỉ cần tăng khoảng chia 2 đại lượng: chiều cao con lăn và góc quay cam.
Tuy nhiên nếu tăng lên nữa thì việc tính toán trên máy tính sẽ mất rất nhiều thời gian đồng thời có thé xảy ra lỗi trong quá trình chạy phần mềm do sô dữ liệu tính toán quá lớn.
> Tiếp theo ta sử dụng một mặt phăng có phương trình: x = 80 cắt qua biên dạng tiếp xúc trên nhằm xác định tọa độ theo phương y và z của những điểm nằm trên mặt phăng này đồng thời ghi những giá trị này ra một file excel.
43 + Toa do nhung diem co x = 80 44 — k=0;
* Ta thu được file excel Globoidal sau khi chạy phần mềm
‘(= Pictures B Videos ô-' CD Drive (E:) tđŸ Network
#@)) bán kính biên dạng 4) Globoidal
& Part2 SolidWorks tutorial modelling a globoid worm
= O x v © Search Globoidal cam 1 2 Date modified Type Size
13/04/2016 3:32 CH Microsoft Word Doc 13 KB17/05/2016 9:39 SA PNG image 50 KB24/12/2015 8:24 SA Microsoft Word Doc 15 KB31/05/2016 10:48SA Microsoft Excel 97-2 28 KB17/12/2015 9:41 SA M File 2 KB26/05/2016 7:13 SA M File 2 KB13/04/2016 1:10 CH Microsoft Excel 97-2 31 KB21/04/2016 9:07 SA SolidWorks Part Doc 804 KB21/04/2016 10:23 SA SolidWorks Part Doc 370 KB12/04/2016 11:32 SA VLC media file (.mp4) 105.402 KB
Hame Insert Page Layout Formulas
Paste y| i v „ = se v + 9 ô0 00 Conditional Format+ GP Format Painter B170 my a A = f= RE iiMergeacentery #j+ % 9 Số 38 Formatting * as Table:
Clipboard iF" Font lš Alignment [| Number
4 = M >, La s q ll sửi bại ca li VÌ:
> Từ đó ta chọn 3 điểm để vẽ nên một đường tròn nam trên mặt phang x 80 và xác định bán kính của đường tròn đó Dựa vào Hình 3.1 Sơ đồ bố trí cơ câu với các hệ trục tọa độ, ta nhận thay diém tiép xúc có gia tri ứng suất lớn nhất khi y =0 Do đó ta sẽ chọn một điểm có tọa độ y = 0 và hai điểm lân cận đối xứng qua điểm nay Giá tri toa độ 3 điểm ta chon là :
Dé vẽ đường tròn qua 3 điểm va xác định bán kính đường tròn này ta sé thực hiện theo hai phương pháp nhằm kiểm tra độ chính xác : e Phuong pháp 1: Sử dụng phan mềm EES — Engineering Equation
Solver e Phuong pháp 2: Sử dụng phan mềm Matlab
% Phuong pháp 1: Sử dung phần mềm EES — Engineering Equation
Solver - Giao diện ban dau khi mới khởi động
1 [Conner Von enna lle Edit: Search culate dows Help Examples wl Bị _|_|_ |z| 5lzi=|=irlEir|zIriel- | +|
- Ap dụng phương trình đường tròn như ta đã biết:
Với: x,y là tọa độ các điểm nằm trên đường tròn
Xo,Yo là toa độ tâm đường tròn
R là bán kính đường tròn
Cu thé phương trình đường tròn trường hợp của ta có ở đây là
- Dựa theo phương trình đường tròn và toa độ 3 điểm ở trên mà đường tròn phải đi qua, ta nhập vào phần mém như sau :
- Tiép theo ta chọn Calculate > Solve > Continue, phần mềm sẽ cho ra 3 kết quả gôm: bán kính R, tọa độ yo và tọa độ zo của tâm đường tròn.
Unit Settings: [kJ]/[C]/[kPa]/[kg]/[dagress] yŨA29 zŨ =-1117
Calculation time = ,[] sac Ở đây ta chỉ cần quan tâm giá trị bán kính R = 1386mm của đường tròn
% Phuong pháp 2: Sử dung phần mềm Matlab Dé kiểm tra lại kết quả lần nữa chúng ta sử dụng phần mềm Matlab.
- Pau tiên, khởi động phan mềm.
HOME PLOTS nh acc york vế | 8
FILE II VARIABLE m CODE SIMULINK ENVIRONMENT I RESOURCES
@ằ (5 mm dụ > C: > Program Files ằ MATLAB > R2013a > bin >
Current Folder @ Command Window Name ô fe >>
| registry Em | util Em win64 ÍSšl deploytool.bat iữ insttype.ini (=) lcdata.xml L_¡ lcdataxsd (=) lcdata_utf8.xml [3] matlab.bat
@\ matlab.exe {&) mbuild.bat [3] mcc.bat ÍSšẽ MemShieldStarter.bat [&) mex.bat LJ mex.pl [) mexext.bat ¡ mexsetup.pm ¡ mexutils.pm {&] mw_mpiexec.bat (&) worker.bat
- Chon New > Script. ee Sess vobee ts ares mm _ D3 SetPath > Request Support
Ss Ed Script ace VARIABLE | ij CODE it ENVIRONMENT RESOURCES |
Curren’ [fx] Function ® Command Window fx >>
Lai A+ FE ;IIšIE;ð]£= = ee L System Object Class val Figure
LỊt ° b [3] mw_mpiexec.bat [Sš] worker,bat
- _ Nhập 3 phương trình đường tròn đi qua 3 điểm đã chọn.
- Chon lệnh Run và thu được kết qua. co ơa Fy irene: inset E) fe fil í
