Mô hình hóa và mô phỏng chuyển động cơ cấu cam globoid cần lắc

1.2 Phân loại Có rất nhiều cách phân loại cơ cấu cam globoid, như phân loại theo qui luật chuyển động của cần, phân loại theo hình dáng bên ngoài của cam… Thông thường người ta phân cơ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ, tên SV: Võ Ngọc Hà Lớp: 49CTM

Ngành : Chế tạo máy Mã ngành:

Tên đề tài: “Mô hình hóa và mô phỏng chuyển động cơ cấu cam globoid cần lắc”

Số trang: 79 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 06

Hiện vật: 2 quyển đồ án và 1 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha Trang, tháng 06 năm 2011 Cán bộ hướng dẫn:

TS Nguyễn Văn Tường

ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ, tên SV: Võ Ngọc Hà Lớp: 49CTM

Ngành : Chế tạo máy Mã đề tài:

Tên đề tài: : “Mô hình hóa và mô phỏng chuyển động cơ cấu cam globoid cần lắc”

Số trang : 79 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 6

Hiện vật: 2 quyển đồ án và 1 đĩa CD

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện

Nha Trang, tháng 06 năm 2011 Cán bộ phản biện

Nha Trang, tháng 06 năm 2011 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là do chính bản thân tôi làm

dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Văn Tường Các nội dung nghiên

cứu và kết quả tính toán trong đề tài là trung thực, không sao chép và chưa từng công bố trong các công trình nghiên cứu trước đây, những số liệu, công thức được lấy ra từ những tài liệu uy tín và hoàn toàn có thật

Nếu có bất kì sự gian lận nào tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Hội Đồng cũng như kết quả bài đồ án của mình

Nha Trang, tháng 06 năm 2011

Sinh viên

Võ Ngọc Hà

LỜI CẢM ƠN

Sau bốn năm học tập tại trường Đại học Nha Trang, bằng sự cố gắng và

nỗ lực của bản thân cùng với sự chỉ bảo tận tình của thầy cô, tôi đã hoàn thành được đồ án tốt nghiệp của mình

Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Ban Chủ nhiệm khoa Cơ khí đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi có thể hoàn tất đề tài tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Văn Tường người đã trực tiếp hướng dẫn và động viên trong suốt thời gian qua để tôi có thể hoàn thiện kiến thức đã học đồng thời thiết kế xong đồ án này

Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đã ngày đêm vất vả nghiên cứu để truyền đạt cho tôi những bổ kiến thức vô cùng quý giá

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và những người thân

đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập cũng như

hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Nha Trang, tháng 6 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Võ Ngọc Hà

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp cơ khí nói chung và ngành chế tạo máy nói riêng đã tạo ra nhiều cơ cấu, chi tiết máy với độ chính xác rất cao Đặc biệt như cơ cấu cam globoid với những ưu điểm vượt trội về độ chính xác truyền động, khả năng mang tải, tuổi thọ cao…so với những cơ cấu cam thông thường Do vậy cam globoid ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các cơ cấu máy hiện đại

Vấn đề thực tế đặt ra ở đây là cam globoid có hình dáng tương đối phức tạp nên công việc tạo hình, kiểm tra độ chính xác rất khó khăn

Xuất phát từ những thực tế đó cho thấy việc nghiên cứu phương pháp tạo

mô hình, kiểm tra độ chí xác cơ cấu cam globoidal là rất cần thiết Để giải quyết vấn đề nêu trên tôi đã tìm hiểu thực tế và sử dụng kiến thức đã học cùng với sự

hướng dẫn nhiệt tình của TS Nguyễn Văn Tường để thực hiện đề tài: “Mô hình

hóa và mô phỏng chuyển động cơ cấu cam globoid cần lắc”

Nội dung của đề tài gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về cơ cấu cam globoid cần lắc

Chương 2: Mô hình hóa cơ cấu cam

Chương 3: Mô phỏng chuyển động

Chương 4: Kết luận và đề xuất

Do kiến thức và thời gian thực hiện đề tài có không tránh hạn nên khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy và các bạn để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn và có thể đưa vào áp dụng trong thực tế một cách tốt nhất

Nha Trang, tháng 6 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Võ Ngọc Hà

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

LỜI NÓI ĐẦU v

MỤC LỤC vi

DANH MỤC HÌNH viiiiii

DANH MỤC BẢNG xii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xiii

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CƠ CẤU CAM GLOBOID 1

1.1.Đặc điểm 1

1.2 Phân loại 1

1.3 Các thông số hình học của cam globoid 2

1.4 Ứng dụng 3

CHƯƠNG II MÔ HÌNH HÓA CƠ CẤU CAM GLOBOID 6

2.1 Các phương pháp xây dựng bề mặt làm việc của cam globoid 6

2.2 Phương pháp tạo bề mặt làm việc của cam globoid dựa vào mặt

pitch và phương pháp “giả gia công” 7

2.2.1 Phương pháp tạo hình dựa vào mặt pitch 7

2.2.2 Phương pháp “giả gia công” (phương pháp 3) 8

2.3 Mô hình hóa cam globoid bằng phần mềm Pro/ENGINEER 9

2.3.1 Mô hình hóa cơ cấu cam theo phương pháp 1 9

2.3.1.1 Các thông số đầu vào và những tính toán ban đầu 9

2.3.1.2 Quá trình mô hình hóa 10

2.3.2 Mô hình hóa theo phương pháp 2 22

2.3.2.1 Các thông số đầu vào và những tính toán ban đầu 22

2.3.2.2 Quá trình mô hình hóa 23

2.3.3 Phương pháp 3: Phương pháp ‘giả gia công’ 32

2.3.3.1 Các thông số đầu vào và những tính toán ban đầu 32

2.3.3.2 Quá trình mô hình hóa 33

2.4 Tạo cần và con lăn 37

2.4.1 Tạo cần 37

2.4.2 Tạo con lă 38

CHƯƠNG III MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG 40

3.1 Tạo mô hình lắp ráp bao gồm cam và cần 40

3.1.1 Lắp ráp cần và con lăn 40

3.1.2 Lắp ráp cam và cần 41

3.2 Mô phỏng chuyển động 43

3.3 Kiểm tra 46

3.3.1 Kiểm tra giao thoa 46

3.3.2 Kiểm tra khoảng cách từ mặt cam đến mặt con lăn 46

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 48

4.1 Kết luận 48

4.2 Đề xuất ý kiến 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Cam globoid loại có rãnh 1

Hình 1.2 Cam globoid loại có gân 2

Hình 1.3: Quan hệ hình học giữa cam globoid và cần lắc 2

Hình 1.4: Hệ thống thay dao tự động tốc độ cao dùng cam globoid 4

Hình 1.5: Cơ cấu phân độ dùng cam goboid trong hệ thống rô bốt hàn 5

Hình 1.6: Cơ cấu phân độ dùng cam goboid trong hệ thống lắp ráp 5

Hình 1.7 Hình dạng bên ngoài của thiết bị phân độ dùng cơ cấu cam 5

Hình 2.1: Mặt pitch và mặt làm việc của cam globoid 6

Hình 2.2: Nguyên lý tạo mặt pitch 7

Hình 2.3: Mặt pitch dược tạo từ hai đường cong 3D 8

Hình 2.4: Tạo mặt làm việc theo phương pháp giả gia công 9

Hình 2.5: Thông số của cam Error! Bookmark not defined Hình 2.6: Thông số của mặt tròn xoay 10

Hình 2.7: Mặt tròn xoay được tạo từ lệnh Revolve 10

Hình 2.8: File chứa các giá trị góc quay của cam (x) và 11

góc giữa trục con lăn so với mặt phẳng chuẩn (Y) 11

Hình 2.9: File chứa các giá trị góc quay của cam (x) và khoảng cách từ điểm pitch đến trục của cam (Y) 11

Hình 2.10: File chứa các giá trị góc quay của cam (x) và cách từ điểm pitch mặt phẳng chuẩn (Y) 11

Hình 2.11: Hiệu chỉnh đường cong 12

Hình 2.12: Đồ thị thể hiện góc (β1 ) giữa trục con lăn so với mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 ° 12

Hình 2.13: Đồ thị thể hiện khoảng cách (R) từ điểm picth đến trục của cam 13

Hình 2.14: Đồ thị thể hiện khoảng cách (h) từ điểm picth mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 ° 13

Hình 2.15: Đường tròn tiếp tuyến với tâm cần lắc 13

Hình 2.16 : Thông số khi vẽ đoạn thẳng quét 14

Hình 2.17: Mặt pitch trên 14

Hình 2.18: Đồ thị thể hiện góc (β2 ) giữa trục con 15

Hình 2.19: Đồ thị thể hiện khoảng cách (R2) từ điểm picth 15

đến trục của cam khi cam quay 360 ° 15

Hình 2.20: Đồ thị thể hiện khoảng cách (h2) từ điểm picth mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 ° 15

Hình 2.21: Thông số để vẽ mặt pitch phía dưới 16

Hình 2.22: Kết quả khi tạo hai mặt pitch 16

Hình 4.22: Offset mặt làm việc thứ nhất 17

Hình 2.23: Offset mặt làm việc thứ nhất 17

Hình 2.24: Thông số mặt ngoài 18

Hình 2.25: Tạo mặt ngoài cho đỉnh cam 18

Hình 2.26: Quá trình trim để tạo hình dáng cam 19

Hình 4.26: Quá trình ghép các mặt lại với nhau 20

Hình 4.27: Quá trình tạo khối đặc cho cam 20

Hình 2.28: Mặt sketch của khối tròn xoay làm thân cam 21

Hình 2.29: Cam sau khi tạo khối bên trong 21

Hình 2.30: Cam sau khi tạo rãnh then và bo góc 22

Hình 2.31: Qui luật chuyển động của cần ứng với 23

Hình 2.32: Thông số khối tròn xoay 23

Hình 2.33: mặt tròn xoay được tạo từ lệnh Revolve 24

Hình 2.34: Phương trình trong hệ tọa độ trụ 24

Hình 2.34: Đường 3D 25

Hình 2.35: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D trong vùng I,III 25

Hình 2.36: Kết quả cho đường cong 3d thứ nhất 26

Hình 2.37: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3d 26

Hình 2.38: Đường 3d thứ 2 27

Hình 2.39: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D thứ 2 27

Hình 2.39: Đường 3D thứ 2 28

Hình 2.40: Đường thẳng quét 28

Hình 2.41: Mặt phẳng pitch trên 29

Hình 2.42: Đường thẳng quét 29

Hình 2.43: Kết quả sau khi tạo hai mặt phẳng picth 30

Hình 2.44: Tạo mặt làm việc cho cam 30

Hình 2.45 : Quá trình cắt để tạo hình dáng cam hoàn chỉnh 31

Hình 2.46: Cam sau khi tạo rãnh then và bo các góc 32

Hình 2.47: Thông số của khối tròn xoay 33

Hình 2.48 : Khối tròn xoay 33

Hình 2.49: Kết quả khi tạo hai đường cong 3d 34

Hình 2.50: Thông số của tiết diện quét thứ nhất 34

Hình 2.51: Kết quả sau khi cắt 35

Hình 2.52: Kết quả sau khi cắt 35

Hình 2.53: Cam sau khi chỉnh sửa 36

Hình 2.54: Cam sau khi tạo rãnh then và bo các góc 36

Hình 2.55: Thông số của thân cần 37

Hình 2.56: thông số của trụ chứa con lăn 37

Hình 2.57: Cần 38

Hình 2.58: Thông số của con lăn 38

Hình 2.59: Con lăn 39

Hình 3.1 : Kết quả sau khi đưa cần vào ASM 40

Hình 3.2: File can.prt 41

Hình 3.3: Lắp cam 41

Hình 3.4: Tạo trục để lắp cần lắc 42

Hình 3.5: Tạo các điểm trong quá trình lắp ráp 42

Hình 3.6: Quá trình lắp ráp cơ cấu cam globoid cần lắc 43

Hình 3.7: Tạo động cơ quay cho cam 44

Hình 3.8: Tạo động cơ cho con lăn trên cần 44

Hình 3.9: Chỉnh thời gian và khoảng cách 45

Hình 3.10: Mô phỏng 45

Hình 3.11: Vùng giao thoa 46

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

2 β Góc quay của cần tương ứng với góc α

3 β0 Góc hợp bởi mặt phẳng chuẩn với trục con lăn trên khi hệ thống ở vị trí ban đầu

4 β1 Góc hợp bởi trục con lăn trên với mặt phẳng chuẩn.

5 β2 Góc hợp bởi trục con lăn dưới với mặt phẳng chuẩn

6 β i Góc quay tức thời của cần

7 C Khoảng cách giữa trục cam và trục cần lắc

8 e Khe hở giữa đầu mút con lăn với thân cam.

9 F Khoảng cách từ trục cần lắc đến điểm pitch

10 h Độ cao dao động lớn nhất của cần

11 h1 Khoảng cách từ điểm pítch 1 đến mặt phẳng chuẩn

12 h2 Khoảng cách từ điểm pítch 2 đến mặt phẳng chuẩn

13 l Chiều dài con lăn.

15 m2 Khoảng cách từ mặt cam đến con lăn 2

16 R Khoảng cách từ điểm pítch đến trục cam

17 r1 Khoảng cách từ điểm pitch 1 đến đến trục cam

18 r2 Khoảng cách từ điểm pitch 2 đến đến trục cam

19 t Khoảng cách từ trục cần lắc đến đầu mút của con lăn.

20 y Phương trình chuyển động của cần

21 3D Đường cong ba chiều

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CƠ CẤU CAM GLOBOID

1.1 Đặc điểm

Các cơ cấu cam globoid là những cơ cấu cam không gian với hình dáng tương đối phức tạp Cam globoid quay quanh trục của nó và dẫn động cần chuyển động theo Loại cơ cấu cam này có đặc điểm sau:

- Cấu trúc vững chắc và khả năng mang tải cao,

- Khe hở cạnh giữa các cơ cấu thành phần rất bé,

- Làm việc êm,

- Rung động bé,

- Độ tin cậy khi làm việc rất cao,

- Có khả năng điều khiển truyền động chính xác

1.2 Phân loại

Có rất nhiều cách phân loại cơ cấu cam globoid, như phân loại theo qui luật chuyển động của cần, phân loại theo hình dáng bên ngoài của cam… Thông thường người ta phân cơ cấu cam globoid thành hai loại như sau [5]:

- Loại có rãnh trên bề mặt cam lồi (hình 1.1a) hoặc trên bề mặt cam lõm (hình 1.1b) với chuyển động của cần là chuyển động lắc

- Loại có một hoặc nhiều gân trên bề mặt cam với hai dạng cơ cấu bị dẫn lắc (cần lắc) như hình 1.2a hoặc cơ cấu bị dẫn quay (cần quay) như

ở hình 1.2b Loại này có độ chính xác truyền động, tuổi thọ cao, ít rung, ít ồn khi làm việc ở tốc độ cao

Hình 1.1 Cam globoid loại có rãnh

Cam Cần

Cam Cần

Hình 1.2 Cam globoid loại có gân

1.3 Các thông số hình học của cam globoid

Hình 1.3: Quan hệ hình học giữa cam globoid và cần lắc

Trên hình 1.3 biểu diễn các mối quan hệ hình học giữa cam globoid loại

có gân với cần lắc Trên hình này, mặt chuẩn là mặt phẳng chứa trục cần lắc và

vuông góc với trục cam, còn mặt khai triển là mặt phẳng bất kỳ vuông góc với

trục con lăn Điểm pitch là giao điểm của trục con lăn và mặt phẳng khai triển Các thông số hình học của cơ cấu này như sau [2], [3]:

α - góc quay của cam

β - góc quay của cần tương ứng với góc α, β = f(α)

β0 – góc hợp bởi mặt phẳng chuẩn với trục con lăn trên khi hệ thống ở vị trí ban đầu

β1 – góc hợp bởi trục con lăn trên với mặt phẳng chuẩn

β2 – góc hợp bởi trục con lăn dưới với mặt phẳng chuẩn

t – khoảng cách từ trục cần lắc đến đầu mút của con lăn

l- chiều dài con lăn

e – khe hở giữa đầu mút con lăn với thân cam

F – khoảng cách từ trục cần lắc đến điểm pitch

C – khoảng cách giữa trục cam và trục cần lắc

R – khoảng cách từ điểm pítch đến trục cam,

cụ CNC, cơ cấu phân độ, cơ cấu tạo chuyển động ngắt quãng, trong dây chuyền lắp ráp tự động, máy đóng gói và trong nhiều thiết bị tự động khác

Trên hình 1.4 trình bày hệ thống thay dao tự động tốc độ cao trên máy công cụ CNC dùng cơ cấu cam globoid [6]

Hình 1.4: Hệ thống thay dao tự động tốc độ cao dùng cam globoid

a Cam globoid, b Con lăn, d Hệ thống thay dao, d Cần thay dao

Trên các hình 1.5, 1.6 và 1.7 là một số ứng dụng của cơ cấu cam globoid dùng trong hệ thống rô bốt hàn và dây chuyền lắp ráp của hãng COLOMBO FILIPPETTI SPA, Ý

Hình 1.5: Cơ cấu phân độ dùng cam goboid trong hệ thống rô bốt hàn

Hình 1.6: Cơ cấu phân độ dùng cam goboid trong hệ thống lắp ráp

Hình 1.7 Hình dạng bên ngoài của thiết bị phân độ dùng cơ cấu cam

CHƯƠNG II

MÔ HÌNH HÓA CƠ CẤU CAM GLOBOID

2.1 Các phương pháp xây dựng bề mặt làm việc của cơ cấu cam globoid

Có nhiều các tiếp cận khác nhau để tạo mô hình cơ cấu cam globoid mà công việc quan trọng nhất là xây dựng bề mặt làm việc của nó Bề mặt làm việc của cam globoid là bề mặt tiếp xúc giữa cam và các con lăn Các bề mặt làm việc của cam globoid tương đối phức tạp và khó xây dựng chúng với độ chính xác cao Sau đây là một số cách tiếp cận đã được thực hiện để mô tả cũng như xây dựng bề mặt làm việc của cơ cấu cam globoid [5]

a Phương pháp toán học

Một số nhà nghiên cứu đã tiến hành biểu diễn phương trình toán học của bề mặt làm việc của cam globoid bằng các công cụ toán học như: biến đổi hệ tọa độ, hình học vi phân, và lý thuyết tạo mặt liên hợp

b Phương pháp tạo mặt làm việc thông qua mặt pitch

Khi cơ cấu cam globoid làm việc thì trục con lăn sẽ vạch nên một mặt kẻ (ruled surface) trong không gian Đây chính là mặt pitch của cam globoid Khi đó hai điểm bất kỳ trên trục con lăn sẽ vạch nên hai đường cong ba chiều (3D) nằm trên mặt kẻ đó Nếu tạo hai mặt offset từ mặt pitch này về hai phía với lượng offset bằng bán kính con lăn thì ta sẽ nhận được các bề mặt làm việc của cam globoid

Hình 2.1: Mặt pitch và mặt làm việc của cam globoid

c Phương pháp “giả gia công”

Theo quan điểm gia công, các bề mặt làm việc của cam globoid có thể được xác định khi biết sự dịch chuyển tương ứng của các góc quay của cam và góc quay của khâu bị dẫn [2]

Đồ án này sẽ trình bày các phương pháp tạo mặt làm việc của cam globoid cần lắc thông qua mặt pitch và phương pháp “giả gia công” Cơ sở lý thuyết của các phương pháp này sẽ được miêu tả kỹ hơn ở mục tiếp theo

2.2 Phương pháp tạo bề mặt làm việc của cam globoid dựa vào mặt pitch và phương pháp “giả gia công”

2.2.1 Phương pháp tạo hình dựa vào mặt pitch

Phương pháp 1: quét đoạn thẳng với các ràng buộc toán học

Mặt pitch của cam có thể được tạo ra bằng cách quét một đoạn thẳng với các ràng buộc sau (hình 2.2):

(a) Góc hợp bởi đoạn thẳng này với mặt phẳng chuẩn thay đổi với các lượng βij tương ứng với góc quay của cam α

(b) Tọa độ của điểm pitch nằm trên đường thẳng này thỏa mãn các phương trình sau đây:

j i

Phương pháp 2: Quét đoạn thẳng theo các đường cong 3D

Quét một đoạn thẳng với điều kiện là đoạn thẳng này trùng với trục con lăn và hai đầu mút của nó luôn luôn tựa trên hai đường cong (hình 2.3)

Hình 2.3: Mặt pitch dược tạo từ hai đường cong 3D

Đường cong thứ nhất chính là quỹ tích của một điểm nằm trên trục con lăn còn đường cong thứ hai là một đường tròn trên mặt phẳng chuẩn, đi qua giao điểm của hai trục con lăn và tâm của đường tròn nằm trên trục cam

2.2.2 Phương pháp “giả gia công” (phương pháp 3)

Nếu các con lăn của cần lắc được thay bằng các dao phay ngón có kích thước tương tự thì dĩ nhiên các chuyển động của dao sẽ tương tự như chuyển động của các con lăn Khi đó bề mặt làm việc của cam globoid có thể được biễu diễn bởi bề mặt quét được tạo ra bởi đường chạy dao Hay nói cách khác, có thể tạo ra bề mặt làm việc của cam globoid khi cắt thân cam bằng cách quét một thiết diện hình chữ nhật có bề rộng bằng đường kính của con lăn và chiều dài bằng chiều dài của con lăn (hình 2.4) Trục đối xứng của thiết diện này phải tựa lên hai đường cong Hai đường cong này tương tự như hai đường cong đã nêu ở phương pháp 2

Hình 2.4: Tạo mặt làm việc theo phương pháp giả gia công

2.3 Mô hình hóa cơ cấu cam globoid bằng phần mềm Pro/ENGINEER

Có rất nhiều cách để mô hình hóa cơ cấu cam goloboid nhưng quan trọng

là mô hình tạo ra phải đảm bảo độ chính xác về kích thước hình học, đảm bảo yêu cầu trong quá trình kiểm tra giao thoa và khe hở giữa hai mặt làm việc Sau đây là ba phương pháp mô hình hóa tối ưu nhất

2.3.1 Mô hình hóa cơ cấu cam theo phương pháp 1 (tạo mặt pitch bằng quét một đoạn thẳng với các ràng buộc toán học)

2.3.1.1 Các thông số đầu vào và những tính toán ban đầu

Giả sử cho một cơ cấu cam globoid cần lắc với góc giữa hai trục của hai con lăn là 600 Các giá trị dịch chuyển góc của cam và cần được cho trong một bảng gồm 360 cặp giá trị Một số cặp giá trị này được cho trong phụ lục 1 (xem phụ lục) Các thông số hình học khác của cơ cấu như sau: d = 20mm, l = 24 mm, C=107,5 mm, t = 58,7 mm, β0 = 7,490, e = 2 mm

Các tính toán cần thiết cho việc tạo mô hình là:

(a) Tính các giá trị góc quay của cần kể cả góc β0

(b) Tính các góc 1

j

β và β2j cho hai bề mặt pitch:

0 j 1

j 2

j = 60 β −

(c) Tính tọa độ điểm pitch cho cả hai mặt với F= 61 mm

Tất cả các phép tính được thực hiện với Microsoft Excel 2003 và được trình bày trong phụ lục 2 (xem phục lục)

2.3.1.2 Quá trình mô hình hóa

Mở phần mền pro Engineer 4.0, đặt tên là:phuongphap1.prt Chọn Part và chọn đơn vị là mmns_part_solid, các bước cụ thể của quá trình mô hình hóa được thể hiện như sau:

a Dùng lệnh Revolve tạo mặt tròn xoay cho thân cam

- Trong mặt vẽ phác ta chỉnh sửa các kích thước như hình 2.6

Hình 2.6: Kích thước của mặt tròn xoay

Kết quả phải được như hình 2.7

Hình 2.7: Mặt tròn xoay được tạo từ lệnh Revolve

b Các bước tạo mặt pitch phía trên (lệnh Variable Section Sweep)

- Tạo các file có phần mở rộng “.pts” chứa các giá trị góc quay giữa trục con lăn so với mặt phẳng chuẩn và tọa độ điểm pitch, để hiệu chỉnh các đường cong

Hình 2.8: File chứa các giá trị góc quay của cam (x) và góc giữa

trục con lăn so với mặt phẳng chuẩn (Y)

Hình 2.9: File chứa các giá trị góc quay của cam (x) và khoảng cách

từ điểm pitch đến trục của cam (Y)

Hình 2.10: File chứa các giá trị góc quay của cam (x) và

cách từ điểm pitch mặt phẳng chuẩn (Y)

- Dùng lệnh Graph để tạo đồ thị

+ Dùng lệnh Spline tạo đường cong bất kì

Hình 2.11: Hiệu chỉnh đường cong

+ Dùng lệnh Modify hiệu chỉnh các đường cong theo tập hợp điểm trong file Notepad

Kết quả ta được đồ thị như trên hình 2.12

Hình 2.12: Đồ thị thể hiện mối quan hệ góc (β1 ) giữa trục con lăn

so với mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 ° Hoàn toàn tương tự ta tạo được các đồ thị mô tả mối quan hệ khoảng cách 2

r từ điểm picth đến trục của cam và khoảng cách h2 từ điểm picth mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 ° như trên hình 2.13 và 2.14

Hình 2.13: Đồ thị thể hiện mối quan hệ khoảng cách r2 từ điểm picth

đến trục của cam khi cam quay 360 °

Hình 2.14: Đồ thị thể hiện mối quan hệ khoảng cách h2từ điểm picth

đến mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 °

- Dùng lệnh Sketch tạo trong mặt phẳng chuẩn một đường tròn đường kính 215mm như trên hình 2.15

Hình 2.15: Đường tròn đường kính 215mm

- Dùng lệnh Variable Section Sweep tạo mặt pitch phía trên

+ Chọn đường tròn trong mặt phẳng chuẩn làm đường dẫn (Origin Trajectory)

+ Trong mặt phẳng vẽ phác, vẽ đoạn thẳng quét 1-2 và điểm pitch như trên hình 2.16

Hình 2.16 : Thông số về kích thước khi vẽ đoạn thẳng quét

+ Vào Tools / Relation xuất hiện hộp thoại, nhập quan hệ sau:

sd3=evalgraph("b",trajpar*360)

sd6=evalgraph("h",trajpar*360)

sd7=evalgraph("r",trajpar*360)

Kết quả như trên hình 2.17

Hình 2.17: Mặt pitch phía trên

c Tạo mặt pitch phía dưới

- Lập 3 file có phần mở rộng “.pts” chứa giá trị góc β , tọa độ 2 h2 và r2điểm pitch

- Hoàn toàn tương tự ta xây dựng các đồ thị mô tả mối quan hệ góc β giữa 2trục con lăn so với mặt phẳng chuẩn và khoảng cách h2, r2 của điểm pitch

Hình 2.18: Đồ thị thể hiện mối quan hệ góc β giữa trục con lăn 2

so với mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 °

Hình 2.19: Đồ thị thể hiện quan hệ góc khoảng cách r2 từ điểm picth

đến trục của cam khi cam quay 360 °

Hình 2.20: Đồ thị thể hiện quan hệ góc khoảng cách h2 từ điểm picth

mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360 °

- Dùng lệnh Variable Section Sweep tạo mặt pitch phía dưới

+ Chọn đường tròn trong mặt chuẩn làm đường dẫn

+ Thiết diện cắt là đoạn thẳng quét 2-3 như trên hình 2.21

Hình 2.21: Thông số để vẽ mặt pitch phía dưới

+ Trong hộp thoại Relation ta nhập quan hệ sau:

d Tạo mặt làm việc cho cam

- Dùng lệnh Offset tạo mặt làm việc phía trên cách mặt pitch là 10 mm về phía mặt phẳng chuẩn (hình 2.23)

Hình 2.23: Offset mặt làm việc phía trên

- Tương tự ta tạo mặt làm việc phía dưới, kết quả thể hiện như trên hình 2.24

Hình 2.24: Offset mặt làm việc thứ hai

Tạo mặt bao ngoài cho đỉnh cam và thực hiện một số lệnh cắt để đạt được hình dáng yêu cầu

- Dùng lệnh Revolve tạo mặt ngoài cho đỉnh cam thiết diện cắt được thể hiện hình 2.25

Hình 2.25: Thông số mặt ngoài

Kết quả như trên hình 2.26:

Hình 2.26: Tạo mặt ngoài cho đỉnh cam

e Tiến hành cắt bỏ các dư của các mặt và tạo khối đặc cho cam

- Dùng lệnh Trim để cắt bỏ phần dư thể hiện trên hình 2.27:

+ Trim mặt làm việc với mặt đỉnh cam (hình 2.27a, b)

+ Trim mặt đỉnh cam với mặt làm việc (hình 2.27c, d)

+Trim mặt thân cam với với mặt làm việc (hình 2.27e, g)

Hình 2.27: Quá trình trim để tạo hình dáng cam

- Dùng lệnh Merge ghép các mặt với nhau

Hình 2.28: Kết quả ghép các mặt lại với nhau

- Dùng lệnh Solidify chuyển các mặt đã ghép sang vật thể đặc

Hình 4.29: Kết quả tạo khối đặc cho cam

g Tạo khối thân cam

+ Dùng lệnh Revolve với thiết diện vẽ phác bao gồm các đoạn 1-2, 2-3, 3- 4, 4-1 như trên hình 2.30

Hình 2.30: Mặt sketch của khối tròn xoay làm thân cam

Kết quả như hình 2.31

Hình 2.31: Cam sau khi tạo khối thân cam

h Tạo rãnh then cho cam

- Dùng lệnh Extrude để tạo rãnh then và lệnh Edge Chamfer để vát mép

Hình 2.32: Cam sau khi tạo rãnh then và bo góc

2.3.2 Mô hình hóa theo phương pháp 2

2.3.2.1 Các thông số đầu vào và những tính toán ban đầu

Giả sử quy luật chuyển động của cam và cần được thể hiện qua một phương trình toán học như sau:

Với : y: phương trình chuyển động của cần

h=30 mm: độ cao dao động lớn nhất của cần

β =60 ° : góc quay lớn nhất của cần

βi: góc quay tức thời của cần

α : góc quay của cam

Đồ thị mô tả quá trình chuyển động của cần lắc được thể hiện trên hình 2.31

Hình 2.33: Qui luật chuyển động của cần ứng với

một vòng quay của cam Các thông số hình học khác của cơ cấu như: d, l, C, t, β0, e hoàn toàn giống như phương pháp 1

2.3.2.2 Quá trình mô hình hóa

Tạo một file mới, đặt tên là: phuongphap2.prt, chọn đơn vị là mns_part_solid

a Tạo mặt tròn xoay cho thân cam

- Dùng lệnh Revolve với thiết diện vẽ phác là đoạn cong 1-2 như trên hình 2.34

Hình 2.34: Kích thước của khối tròn xoay

Kết quả phải được như trên hình 2.35

Hình 2.35: Mặt tròn xoay được tạo từ lệnh Revolve

b Tạo đường cong 3D

Tạo đường cong phía trên

- Dùng lệnh curve tạo đường cho vùng II

+ Chọn lệnh From Equation để tạo đường cong bằng phương trình

+ Chọn hệ tọa độ trụ (Cylindrical) trong hộp thoại rel.ptd-Notepad nhập quan hệ như hình 2.36

Hình 2.36: Phương trình trong hệ tọa độ trụ

của đường 3D trong vùng II

Kết quả ta được như hình 2.37

Hình 2.37: Đường 3D cho vùng II

- Tạo đường cong 3D cho vùng I, III

+ Hoàn toàn tương tự như cách tạo đường cong cho vùng II, phương trình trong hệ tọa độ trụ như hình 2.38

Hình 2.38: Phương trình trong hệ tọa độ trụ

của đường 3D trong vùng I,III

- Thực hiện lệnh Trim hai đường cong vừa vẽ ta được kết quả như hình 2.39:

Hình 2.39: Kết quả cho đường cong 3d phía trên

Tạo đường cong 3D phía dưới

- Tạo đường cho vùng II

+ Các bước hoàn toàn tương tự,trong hộp thoại rel.ptd-Notepad nhập quan hệ như hình 2.40

Hình 2.40: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D

thứ 2 trong vùng II

Kết quả phải như hình 2.41

Hình 2.41: Đường 3D cho vùng II

- Tạo đường cho vùng I, III

+Tương tự trong hộp thoại rel.ptd-Notepad ta nhập quan hệ như hình 2.42

Hình 2.42: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D thứ 2

trong vùng I, III