bộ truyền vít me – đai ốc bi
TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ Giới thiệu đề tài Các nhà chế tạo máy công cụ cần vượt trội so với so với đối thủ khi họ gia công cao tốc để rút ngắn thời gian máy cho một chi tiết. Hệ quả là tốc độ chạy dao phải cao và gia tốc phải lớn, khi đó lực cắt tăng lên với yêu cầu ma sát phải thấp và chi phí phải hợp lý với yêu cầu sản xuất. Đến nay, bộ truyền vít me – đai ốc bi đã lên ngôi và ở ví trí đó trong một số điểm yếu như: độ cứng vững chưa cao, tốc độ còn thấp so với yêu cầu của thời đại. Trước đòi hỏi trên đây, mặc dù các nhà chế tạo đang không muốn chuyển sang một giải pháp khác mà họ chưa tin lắm. Kết quả nghiên cứu đã lựa chọn ra bốn giải pháp nguyên lý để đưa vào vòng lựa chọn khắt khe hơn. Các nguyên lý đó là: 1. Vít me – đai ốc bi ( ball and roller screw) 2. Vít me – đai ốc con lăn ren (Recirculating Roller crew) 3. Vít me – đai ốc thủy tĩnh ( Hydrostatical roller screw ) Trang: 1 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ 4. Động cơ thẳng (Linear motor) Đánh giá theo tiêu chí vận tốc chạy dao và gia tốc bằng sơ đồ portfolio cho kết quả như sau: Theo kết quả phân tích này, ta thấy: Trang: 2 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ - Vít me đai ốc bi (1) kém hiệu quả và động cơ thẳng (4)đạt hiệu quả cao nhất - Vít me đai ốc con lăn ren (2) vượt trội so với vít me đai ốc bi (1) Tuy nhiên, các nhà doanh nghiệp vào đầu những năm 2000 nêu ra một số băn khoăn như sau: - Tại sao sự ưu việt của vít me – đai ốc con lăn ren (2) so với vít me đai ốc bi (1) như vậy lại chưa được xuất hiện trên thị trường, phải chăng có nhược điểm gì đó chưa lộ ra? - Liệu ứng suất trước bên trong sẽ phát sinh nhiệt? - Vấn đề bịt kín sẽ ra sao, nếu phoi lọt vào gây nhanh mòn trục? Những nhà chuyên môn đó đã thống nhất một tiêu chí để tiếp tục đánh giá các bộ truyền này. Kết quả đánh theo bộ tiêu chí này bằng phương pháp cho điểm có trọng số. Ý nghĩa của hệ số trọng số này là: - Hệ số trọng số 1: Tiêu chí không quan trọng lắm - Hệ số trọng số 3: Tiêu chí có tầm quan trọng nâng cao - Hệ số trọng số 9: Tiêu chí rất quan trọng Trang: 3 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ Kết quả đánh giá được tổng hợp ở bảng sau: Nguồn : Wulf 2002 (Đức) Không gian chiếm chỗ Độ cứng vững Rủi ro vận hành Chi phí chế tạo Chi phí phát triển Rủi ro phát triển Lắp ráp Tiềm năng công suất Nhu cầu công suất Tổng Xếp hạng Hệ số trọng số 1 9 3 3 3 3 3 9 3 Vít me đai ốc bi 3 0 15 18 15 15 15 0 12 93 3 Vít me đai ốc con lăn ren 6 18 15 12 15 15 15 27 18 141 1 Vít me đai ốc thủy tĩnh 1 36 3 0 6 0 0 27 3 82 4 Động cơ thẳng 2 54 3 6 0 6 6 54 3 128 2 Trang: 4 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ Đánh giá này được kiểm chứng bởi nhiều chuyên gia và với bộ tiêu chí đã được chọn lọc kỹ. Kết quả đã đưa bộ truyền vít me – đai ốc con lăn ren lên vị trí số 1. Những thông tin trên khích lệ chúng ta tiếp cận những vấn đề thiết kế chế tạo bộ truyền này. Một câu hỏi lý thú cũng xuất hiện: Nếu việc chế tạo ra những đai ốc con lăn ren có thể thực hiện ở Việt Nam thì có lẽ nên thay các đai ốc trượt thông thường bằng loại đai ốc này dù cho độ cứng của vít me và độ chính xác của nó còn thấp hơn yêu cầu. Chuyển từ ma sát trượt sang ma sát lăn là một ý tưởng rất hấp dẫn đối với các nhà sản xuất. Nhận được đề tài đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế bộ truyền vít me – đai ốc con lăn ren” là niềm vinh dự đối với một sinh viên năm cuối như em. Qua đề tài, dưới sự hướng dẫn chỉ bảo của thầy hướng dẫn, em được tìm hiểu về một bộ truyền có nhiều tính ưu việt trong tương lai. - Trang: 5 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ Chương 1: Khái quát chung về trục vít con lăn ren 1.1. Giới thiệu về trục vít con lăn ren 1.1.1 Nguyên tắc hoạt động. Trục vít con lăn là một thiết bị truyền động cơ khí tương tự như một vít me đai ốc bi nhưng sử dụng các con lăn là các yếu tố chuyển tải giữa các đai ốc và vít thay cho các viên bi. Các con lăn ren thường nhưng cũng có thể được rãnh phụ thuộc vào loại vít con lăn. Cung cấp các điểm chịu lực nhiều hơn vít me bi trong một khối lượng nhất định, ốc vít con lăn có thể nhỏ gọn hơn cho một tải trọng nhất định trong khi cung cấp hiệu quả tương tự (75% - 90%) với tốc độ vừa phải, và duy trì hiệu quả tương đối cao ở tốc độ cao. Vít con lăn có ưu điểm hơn ốc vít me bi ở các tiêu chí: khả năng chịu tải động, độ cứng, tốc độ, gia tốc, và tuổi thọ. Ba yếu tố chính của một vít con lăn điển hình hành tinh là trục vít, đai ốc và con lăn hành tinh. Các con lăn thường quay xung quanh các ốc vít khi họ quay tương tự như một hành tinh, do đó được gọi là hành tinh, vệ tinh, con lăn. Đối với đường kính vít và số lượng các con lăn tương ứng với công suất cao hơn tải trọng tĩnh, nhưng không nhất thiết phải đến một khả năng chịu tải cao hơn năng động. Bộ dẫn động trục vít con lăn dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến, nó được phát minh bởi Illininois Tool Works , Hoa Kỳ. Bộ dẫn động trục vít con lăn bao gồm: một trục vít me nhiều đầu mối với biên dạng và các con lăn hành tinh có rãnh, ăn khớp với trục vít. Trục vít con lăn là một thiết bị cơ khí chính xác để chuyển đổi chuyển động quay chuyển động tuyến tính, hoặc ngược lại. Do tính phức tạp của nó vít con lăn là một thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, nhưng có thể phù hợp với độ chính xác cao, tốc độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao. Đây là sản phẩm của tương lai, nó được ứng dụng trong những ngành như: Hàng không vũ trụ, máy công cụ, thiết bị đo lường, các thiết bị truyền động, vũ khí, ép nhựa…. Trang: 6 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ Carl Bruno Strandgren phát triển hiệu quả một số hình thức đầu tiên của trục vít con lăn và đã được trao bằng sáng chế Mỹ cho một “Cơ chế trục vít- Threaded” vào năm 1954. William J. Roantree nhận được một bằng sáng chế Hoa Kỳ “Khác biệt giữa các con lăn” vào năm 1968. 1.1.2. Các ưu điểm của trục vít con lăn ren Trục vít con lăn là một cơ chế để chuyển đổi mô-men xoắn quay thành chuyển động tuyến tính, một cách tương tự như đai ốc vít me hoặc vít me đai ốc bi. Tuy nhiên, không giống như đai ốc hoặc vít me đai ốc bi, ốc vít con lăn có khả năng mang vật nặng cho hàng ngàn giờ trong điều kiện khó khăn nhất. Điều này làm cho ốc vít con lăn sự lựa chọn lý tưởng cho các yêu cầu, nhiệm vụ môi trường liên tục. Với một số đặc điểm nổi bật sau, trục vít con lăn ren sẽ được ứng dụng rông rãi trong tương lai không xa. - Hiệu suất cao. - Độ tin cậy, độ an toàn cao. - Độ chính xác vị trí cao, làm việc ổn định. - Tuổi thọ làm việc lâu dài, ít gây tiếng ồn. - Có thể dùng cho cả ren trái và ren phải. Trang: 7 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ 1.1.3. Phạm vi ứng dụng của trục vít con lăn ren Vít con lăn hành tinh được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng nhất, đòi hỏi khắt khe và chính xác yêu cầu chuyển động tuyến tính. Vít con lăn cung cấp một thay thế hoàn hảo cho các hệ thống thuỷ lực của tải trọng và khả năng chu kỳ. Ví dụ về các ngành công nghiệp và các ứng dụng khác dùng cho vít con lăn hành tinh: trong máy công cụ (máy ép, máy chuốt, mài, cắt), trong quân sự (vũ khí định vị, cửa kiểm soát, xử lý pháo binh…) Vít con lăn hành tinh được sử dụng phổ biến nhất là thiết bị truyền động cơ chế trong các thiết bị truyền động cơ điện tuyến tính. Do tính phức tạp của nó nên vít con lăn là một thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, nhưng có thể phù hợp với độ chính xác cao, tốc độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao và sử dụng các ứng dụng nặng. Trang: 8 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ Một số hình ảnh về trục vít con lăn ren của hãng SKF: Planetary roller screws ( Trục vít con lăn hành tinh) Recirculating roller screws ( Trục vít con lăn tuần hoàn) Trang: 9 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ SRC, Cylindrical axual play Cylindrial backlash elimination: TRU BRC, backlash elimination Preload: PRU SRF, Flanged axial play Flanged backlash elimination: TRK BRF, backlash elimination Preload: PRK SVC, Cylindrical axual play Cylindrial preloaded: PVU BVC, backlash elimination SVF, Flanged axial play Flanged preloaded: PVK Trang: 10 [...]... KHOA CƠ KHÍ 1.2 ĐỒ ÁN TỐT So sánh giữa trục vít con lăn ren và vít me đai ốc bi Hình ảnh để so sánh trục vít con lăn và vít me đai ốc bi Vít con lăn chuyển đổi mô-men xoắn quay thành chuyển động tuyến tính, tương tự như ốc vít me hoặc vít me đai ốc bi Với But roller screws can turn considerably faster and cycle more frequently than both acme and ball screws, making them an ideal fit for demanding,... của đai ốc Vì vậy điểm tiếp xúc nhỏ Vít me là một phần dẫn động cuối cùng của truyền động chạy dao trong phần lớn các máy điều khiển số, do vậy cần được sử dụng các vít me có độ chính xác cao, chịu mòn, và đảm bảo cứng vững Loại cơ cấu vít me – đai ốc bi có tiếp xúc giữa vít me và đai ốc và đai ốc là tiếp xúc lăn nên có thể coi ma sát không đáng kể và đáp ứng được các yêu cầu làm việc kể trên Cả vít me. .. less space in order to meet a designer’s load requirement than a similarly sized ball screw Điều này có nghĩa rằng một thiết bị truyền động trục vít con lăn chiếm không gian ít hơn để đáp ứng yêu cầu tải của một thiết kế hơn một vít me đai ốc bi kích thước tương tự Trong trục vít me đai ốc bi, tải được truyền từ đai ốc thông qua các viên bi chuyển động hồi trong rãnh Đường kính viên bi được giới hạn xấp... làm việc kể trên Cả vít me và đai ốc đều có profil ren dạng cung tròn được gia công chính xác để dẫn bi Các rãnh dẫn bi chạy theo đường ren và vòng trở lại theo một đường dẫn bên trong của đai ốc bi Rãnh của vít me và đai ốc được chế tạo có hình dạng cung nửa vòng tròn bán kính r1 và r2, tỉ số r1/ r2 chọn từ (0.95÷ 0,97), với r1: bán kính bi , r2: bán kính của rãnh đai ốc Khe hở đường kính chọn sao... than acme screws and can carry larger loads than ball screws, handling loads up to 779,000 lbf .Vít con lăn kích thước tương tự nhưng có hiệu quả hơn so với các ốc vít me và có thể mang tải trọng lớn hơn so với vít me đai ốc bi, có thể chịu được tải trọng lớn hơn rất nhiều The difference in performance is due to the design for transmitting forces.Sự khác bi t trong hoạt động là do thiết kế để truyền. .. đường kính chọn sao cho góc tiếp xúc 45 0 Trong vít con lăn, tải được truyền từ đai ốc thông qua bề mặt của tất cả các con lăn tham gia Đường kính của mặt tiếp xúc gia tăng đáng kể số điểm tiếp xúc Ngoài ra, với những đặc điểm mà vít me đai ốc bi không có như: Khả năng chịu tải cao trong thời gian dài Số vòng quay rất cao Khả năng tăng tốc và giảm tốc độ rất nhanh Trang: 13 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN... các điểm tiếp xúc trong một vít me đai ốc bi được giới hạn bởi kích thước bi In roller screw systems, multiple threaded rollers are assembled in a planetary arrangement around a threaded shaft, which converts a motor's rotary motion into linear movement of a shaft or nut.Trong các hệ thống vít con lăn, con lăn được lắp ráp trong một sắp xếp hành tinh xung quanh một trục vít, chuyển đổi Trang: 12 TRƯỜNG... 2.5 Hiệu suất của hệ truyền động Hiệu suất của trục vít con lăn phụ thuộc chủ yếu vào hình học của bề mặt tiếp xúc và góc tiếp xúc của ren, điều kiện làm việc của đai ốc ( tải, tốc độ, bôi trơn…) để xác định momen xoắn đầu vào cần thiết để chuyển đổi chuyển động quay Tải trước momen xoắn được đo ở 50 vòng/phút khi lắp ráp được bôi trơn bằng lớp dầu ISO 64 Momen xoắn đầu tiên là momen xoắn cần thiết để... về độ chính xác vị trí bằng cách sử dụng ren vít me Các con lăn của một vít con lăn tuần hoàn di chuyển dọc trục trong các đai ốc cho đến khi được trở lại vị trí sau khi một quỹ đạo quay Vít con lăn tuần hoàn không sử dụng bánh răng vòng Con lăn tuần hoàn được rãnh (thay vì luồng) để họ di chuyển dọc trục trong quá trình tham gia quay của các con lăn và ốc vít, chuyển lên hoặc xuống một lãnh đạo của... xác của bộ truyền cao, dễ cơ khí hóa Có các bộ phận nhỏ, đơn giản, khả năng chống chịu ngoại lực lớn và rất đáng tin cậy Có nhiều điểm tiếp xúc, chịu được tải trọng nặng nhờ có độ cứng cao Một số ứng dụng tiêu bi u: Trong những vịt trí đòi hỏi độ chính xác cao được sử dụng trục vít con lăn tuần hoàn Lợi thế của bộ truyền này là có thể giảm thiểu năng lượng đầu vào, có thể đơn giản hóa để truyền . chuyển đổi mô-men xoắn quay thành chuyển động tuyến tính, một cách tương tự như đai ốc vít me hoặc vít me đai ốc bi. Tuy nhiên, không giống như đai ốc hoặc vít me đai ốc bi, ốc vít con lăn có. trục vít con lăn ren và vít me đai ốc bi Hình ảnh để so sánh trục vít con lăn và vít me đai ốc bi Vít con lăn chuyển đổi mô-men xoắn quay thành chuyển động tuyến tính, tương tự như ốc vít me hoặc. khắt khe hơn. Các nguyên lý đó là: 1. Vít me – đai ốc bi ( ball and roller screw) 2. Vít me – đai ốc con lăn ren (Recirculating Roller crew) 3. Vít me – đai ốc thủy tĩnh ( Hydrostatical roller