Tính toán, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn biên dạng epixyclôít ứng dụng trong các modul quay của robot công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ THẠCH DŨNG CHINH TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CON LĂN BIÊN DẠNG EPIXYCLÔÍT ỨNG DỤNG TRONG CÁC MODUL QUAY CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ- 605204 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ THẠCH DŨNG CHINH TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CON LĂN BIÊN DẠNG EPIXYCLÔÍT ỨNG DỤNG TRONG CÁC MODUL QUAY CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ THẠCH DŨNG CHINH TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CON LĂN BIÊN DẠNG EPIXYCLÔÍT ỨNG DỤNG TRONG CÁC MODUL QUAY CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỒNG THÁI Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: THẠCH DŨNG CHINH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/05/1984 Nơi sinh: Bình Dương Quê quán: Bến Cát, Bình Dương Dân tộc: khơme Địa liên lạc: Ấp 2, Xã Chánh Phú Hòa, Huyện Bến Cát, Tỉnh Bình Dương Điện thoại: 0978104193 Email: thachdungchinhvsip@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: đại học quy Thời gian đào tạo từ: 2003 đến 2008 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: Khảo sát phương pháp dạy thực hành nghề khí trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Người hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Tuấn Trình độ ngoại ngữ: Anh văn B1 III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2008 đến 9/2009 C.ty Scancom VN Nhân viên kỹ thuật Từ 10/2009 đến Trường CĐN Việt Nam - Singapore Giáo viên Xác nhận quan Ngày tháng…năm 2014 Người khai ký tên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) THẠCH DŨNG CHINH LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Hồng Thái, giảng viên Viện khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt trình thực hoàn thành luận văn Và xin cảm ơn:  Quí thầy cô, giảng viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM  Quí thầy cô, giáo viên Trường CĐN Việt Nam - Singapore  Cơ sở khí hqm, Hiệp An, TP Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dương  Các anh chị bạn lớp cao học 2012 – 2014 (lớp A), ngành Kỹ Thuật Cơ Khí Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 TÓM TẮT Tên đề tài: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CON LĂN BIÊN DẠNG EPIXYCLÔÍT ỨNG DỤNG TRONG CÁC MODUL QUAY CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP Thời gian: Từ 01/09/2013 đến 28/02/2014 Địa điểm: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM  Kết chủ yếu đạt được:  Nghiên cứu nguyên lý hình thành thành lập phương trình biên dạng đĩa Epixyclôít phương pháp biến đổi ma trận  Phân tích lực  Viết phần mềm thiết kế, tính toán bánh lăn Matlab  Thiết kế chế tạo thực nghiệm hộp giảm tốc bánh lăn biên dạng Epixyclôít ứng dụng robot công nghiệp  The primary outcomes achieved:  Research and principles form the equation established by cycloid disc contour method homogenous matrix transformation  Power analysis  Writing software design, calculation roller gear on Matlab  Design and fabrication of experimental gear reducer roller profile cycloidal in industrial robot application MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh mục chữ viết tắt viii Danh mục ký hiệu ix Danh sách hình xii Danh sách bảng xiiii PHẦN I : Mở đầu 15 I Đặt vấn đề 15 II Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 15 III Đối tượng phạm vi nghiên cứu 16 IV Phương pháp nghiên cứu đề tài 16 V Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 16 PHẦN II : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18 Chương I : Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 18 1.1 Lịch sử phát triển 18 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 21 1.3 Phân loại hộp giảm tốc xyclôít 22 1.4 Cấu tạo 23 1.5 Nguyên lý làm việc 25 1.6 Các ứng dụng dụng hộp giảm tốc xyclôít 26 Chương II : Xây dựng biên dạng đĩa cố định xyclôít kiểu epixyclôít 29 2.1 Xây dựng biên dạng epixyclôít 29 2.2 Phương trình đường epixyclôít kéo dài 31 2.3 Sự hình thành biên dạng bánh 33 Chương III : Tính toán thiết kế truyền bánh lăn kiểu epixyclôít 35 3.1 Lực tác dụng truyền bánh lăn 35 3.1.1 Tính lực FCi (lực tác dụng từ lăn lên đĩa epixyclôít) 36 3.1.2 Tính lực FKj (lực tác dụng từ chốt đầu lên đĩa epixyclôít) 38 3.1.3 Biểu đồ lực tính cho số trường hợp 39 3.2 Tính toán độ bền tiếp xúc đĩa xyclôít 44 3.2.1 Hằng số đàn hồi vật liệu vật thể tiếp xúc zM 44 3.2.2 Tải trọng riêng tính toán độ bền tiếp xúc qH 45 3.2.3 Các công thức kiểm nghiệm thiết kế cho đĩa xyclôít 49 3.2.4 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép  H  50 3.2.5 Tính kiểm nghiệm độ bền bánh tải 54 3.3 Tính toán độ bền lăn chốt trụ 54 3.3.1 Tính lăn chốt trụ độ bền tiếp xúc 54 3.3.2 Tính chốt trục độ bền cắt độ bền uốn 55 3.4 Tính toán trục chọn ổ lăn 58 3.4.1 Tính trục 58 3.4.2 Tính chọn ổ lăn 62 3.5 Trình tự tính toán thiết kế truyền 64 Chọn vật liệu 64 Chọn thông số 64 Kiểm nghiệm bánh độ bền tiếp xúc 65 Tính trục vào, bạc lệch tâm chọn ổ lăn lắp đĩa xyclôít 66 Tính chốt trục ra, lăn đầu vào trục 66 Tính chọn ổ lăn lắp trục ra, trục vào với vỏ hộp giảm tốc 67 Chương IV : Phần mềm thiết kế tính toán 70 4.1 Mục đích 70 4.2 Cấu trúc chương trình 70 4.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình 72 4.4 Tính toán thiết kế truyền hộp giảm tốc lăn Epixyclôít 76 Chương V : Kết luận 79 5.1 Kết luận 79 5.2 Nhận xét 79 5.3 Hướng phát triển để hoàn thiện 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TIẾNG VIỆT Đinh Gia Tường, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến (1970) Nguyên lý máy Nhà xuất trung học chuyên nghiệp Nguyễn Hồng Thái (2012) Phân tích lực truyền bánh lăn hypôxyclôít Tạp chí Khoa học Công nghệ trường đại học kỹ thuật, chấp nhận chờ đăng năm 2012 Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, nhà xuất khoa học kĩ thuật (2002) Vũ Lê Huy, Luận văn thạc sĩ, Nghiên cứu tính toán, xây dựng tiêu đánh giá độ bền bánh lăn (2006) Trịnh Chất, Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy, Nhà sản xuất khoa học kĩ thuật, Hà Nội (2001) Trịnh Chất, Lê Văn Uyến ; Tính toán thiết hệ dẫn động khí – tập 1,2; Nhà sản xuất giáo dục, Hà Nội (2002) Nguyễn Trọng Hiệp (2002); Chi tiết máy – tập 1-2; Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Nguyễn Xuân Lạc; Nguyên lý máy chuyên nghiệp; Nhà xuất Đại Học Bách Khoa Hà Nội (1969) Nguyễn Nhật Thăng, Nhữ Phương Mai; Sức bền vật liệu; Nhà xuất giáo dục, Hà Nội (1997) 10 Nguyễn Ngọc Cường, Luận văn thạc sĩ, Tính toán, thiết kế chế tạo biên dạng bánh lăn (2013) 11 Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm, Nguyễn Trung Dũng, Hà Trần Đức; Lập Trình Matlab; Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội II TIẾNG NƢỚC NGOÀI 12 Piermaria Davoli, Carlo Gorla, Francesco Rosa, Claudio Longoni, Franco Chiozzi, Alessandro Samarani (2007) Theoretical and experimental analysis 81 of a cycloidal speed reducer Proceedings of PTG, ASME 2007 10th ASME International Power Transmission and Gearing Conference September 4-7, 2007, Las Vegas, USA 13 Lucia Pascale, Paul Ciprian Patic, Luminiţa Dută, Adrian Runceanu (2010) modeling and simulation of cycloid curves with application in robotics Fiabilitate si Durabilitate - Fiability & Durability No.2 (6), pp 23 -28 14 Faydor L Litvin (2004) Alfonso Fuentes, Gear Geometry and Applied Theory, Cambridge University Press 15 Yii-Wen Hwang, Chiu-Fan Hsieh (2007) Determination of surface singularities of a cycloidal gear drive with inner meshing Mathematical and Computer Modelling 45, pp 340–354 16 Joong-Ho Shin, Soon-Man Kwon (2006) On the lobe profile design in a cycloid reducer using instant velocity center, Mechanism and Machine Theory 41, pp 596–616 17 Hong-Sen Yan, Ta-Shi Lai (2002) Geometry design of an elementary planetary gear train with cylindrical tooth-profiles Mechanism and Machine Theory 37, pp 757–767 18 Lucia Pascale, Mircea Neagoe, et al….(2011) Generation of the Cycloid curves for industrial robots orientation mechanisms Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty No.1 (15), pp 59 – 65 19 Lucia Pascale, Mircea Neagoe, Dorin Diaconescu, Paul Ciprian Patic (2009) The dynamic modeling of a new cycloidal planetary gear pair with rolles used in robots orientation system Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty, No.1, pp 35 – 39 20 Lucia Pascale, Mircea Neagoe, Dorin Diaconescu (2008) The conceptual design of a new cycloidal planetary gear used in robots orientation system Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty, No.2, pp 87 – 91 III CÁC WEBSITE 21 http://www.sumitomodriveeurope.com/en/motion-control-drives 82 22 http://www.nabtesco.de/en/products/gear-heads 23 http://www.bittinelli.it/it/riduttori-cycloidal CR.html 24 http://cokhicongnghiep.divivu.com/san-pham/28109/135539/DONGCOGIAM-TOC-CYCLO.HTML 83 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Mã code chương trình matlab % HAM TINH GIA TRI LUC Fc TU CON LAN TAC DUNG LEN BANH RANG EPIXYCLOIT % % CUA BO TRUYEN BANH RANG EPYXYCLOIT % % % function[Fc]=FCI_CHUAN(); clear; %=====================================================================% % GIAO HOP THOAI THONG SO DAU VAO % % % prompt = {'Nhap ban kinh duong tron di qua cac lan cua vanh rang lan R2(mm):', 'Nhap TI SO TRUYEN i hoac so rang banh rang Epyxycloi(Z1):', 'Nhap ban kinh lan rc(mm):', 'Nhap lech tam E(mm):', 'Nhap goc quay truc teta (do)' 'Cong suat truc vao(Kw)' 'Toc quay truc vao(vong/phut)' 'SO CHOT DAU RA Z3=' ' Ban Kinh cua chot truc ra' 'Ban kinh duong tron qua tam cac chot truc Rt(mm)' }; dlg_title = 'NHAP THONG SO BO TRUYEN EPIXYCLOT'; num_lines= 1; def = {'110','29','8','2.2','0','2','1500','10','12','80'}; d = inputdlg(prompt,dlg_title,num_lines,def); % % % Cac gia tri tu man hinh hien thi % g=str2num(char(d)); R2=g(1,1);% ban kinh vong tron qua tâm cac lan Z1=g(2,1);% so rang dia rc=g(3,1);% ban kinh lan E=g(4,1); teta=g(5,1)*(pi/180); P1=g(6,1); n1=g(7,1); Z3=g(8,1); % so chot zp=g(9,1); Rt=g(10,1); %====================================================================% M1=9.55*10^6*(P1/n1); phi=teta*Z1; n2=floor(phi/(2*pi)); % goc truc vao quay n2 vong if phi0&YDP(j)>0 anpha(j)=atan(YDP(j)/XDP(j)); end if XDP(j)>0&YDP(j)0 anpha(j)=atan(YDP(j)/XDP(j)); end if XDP(j)>0&YDP(j)[...]... bao của động cơ - hộp giảm tốc xyclôít và 19 hộp giảm tốc bánh răng trụ thông thường Hình 1.4 Một số loại động cơ - Hộp giảm tốc bánh răng con lăn của 20 hãng Hap Dong Hình 1.5 Một số loại động cơ – Hộp giảm tốc bánh răng con lăn của 21 hãng sumimoto Hình 1.6 Bánh răng Epixyclôít 22 Hình 1.7 Bánh răng HypôXyclôít 22 Hình 1.8 Cấu tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn 23 Hình 1.9 Khai triển hộp giảm tốc bánh. .. Chế tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn epixyclôít Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI V - Ý nghĩa khoa học: Đề tài góp phần xây dựng phương pháp, trình tự tính toán thiết kế và chế tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn epixyclôít ứng dụng trong các máy điều khiển số CNC và robot công nghiệp cũng như các thiết bị có độ chính xác cao - Ý nghĩa thực tiễn: Với việc thay thế các hộp giảm tốc sử dụng bánh. .. toán bánh răng con lăn trên Matlab - Thiết kế và chế tạo thực nghiệm hộp giảm tốc bánh răng con lăn epixyclôít ứng dụng trong robot công nghiệp IV PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - Nghiên cứu, tổng hợp các tài liệu, các báo cáo trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài - Ứng dụng phương pháp biến đổi ma trận thuần nhất thiết lập phương trình biên dạng bánh răng - Sử dụng phần mềm Matlab làm công cụ tính. .. hộp giảm tốc được nhanh chóng và chính xác hơn III ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu đề tài là: Tính toán, thiết kế chế tạo hộp giảm tốc bánh răng con lăn biên dạng Epixyclôít ứng dụng trong các modul quay của robot công nghiệp  Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu nguyên lý hình thành và thành lập phương trình biên dạng epixyclôít - Phân tích lực - Viết phần mềm thiết kế, tính. .. biệt là trong Rôbốt và trong các máy CNC hiện đại 26 4 1 2 3 5 6 (1-6: vị trí hộp giảm tốc xyclôít) Hình 1.11 Ứng dụng hộp giảm tốc xyclôít kiểu hypôxyclôít trong robot Rôbốt Hình 1.12 Robot Kuka sử dụng hộp giảm tốc xyclôít của hãng Nabtesco 27 Hình 1.13 Ứng dụng hộp giảm tốc xyclôít trong công nghiệp 28 CHƢƠNG II XÂY DỰNG BIÊN DẠNG ĐĨA CỐ ĐỊNH XYCLÔÍT KIỂU EPIXYCLÔÍT 2.1 Xây dựng biên dạng epixyclôít. .. của hộp giảm tốc bánh răng trụ có cùng công suất và tỉ số truyền Trọng lượng giảm từ 3 đến 4 lần Để minh họa trên (hình 1.3) mô tả kích thước của hộp giảm tốc bánh răng con lăn có công suất 4kw, tỉ số truyền là 21 và kích thước bao của động cơ - hộp giảm tốc bánh răng trụ thường có cùng công suất và tỉ số truyền 19 Hình 1.3 So sánh kích thước bao của động cơ - hộp giảm tốc xyclôít và hộp giảm tốc bánh. .. bánh răng con lăn 23 Hình 1.10 Mô tả nguyên lý làm việc của bộ truyền bánh răng con lăn 25 Hình 1.11 Ứng dụng hộp giảm tốc xyclôít kiểu hypôxyclôít trong robot 26 Hình 1.12 Robot Kuka sử dụng hộp giảm tốc Xyclôít của hãng Nabtesco 26 Hình 1.13 Ứng dụng hộp giảm tốc xyclôít trong công nghiệp 27 Hình 2.1 Xây dựng đường Epixyclôít 29 Hình 2.2 Đường Epicycloit kéo dài đầy đủ 31 Hình 2.3 Đường bao trong. .. bánh răng thông thường, khắc phục các nhược điểm của hộp giảm tốc sử dụng bánh răng thông thường Về thực tiễn trong bối cảnh phát triển mạnh về robot công nghiệp, tự động hóa sản 16 xuất trong công nghiệp, robot công nghiệp là rất cần thiết khi sử dụng hộp giảm tốc bánh răng con lăn epixyclôít 17 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Lịch sử phát triển Bộ truyền bánh. .. 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 (hình 1.2) Các động cơ hộp giảm tốc này có thể được sử dụng trong các ngành công nghiệp hóa học, cao su, thực phẩm và công nghiệp robot Vùng công suất truyền hợp lý nhất của các bộ động cơ - hộp giảm tốc nằm trong phạm vi 0.5 đến 10 kw Trong. .. tốc bánh răng hành tinh con lăn xyclôít thường được ứng dụng trong các truyền động cơ khí chính xác, so với các hộp giảm tốc thông thường hộp giảm tốc xyclôít có độ chính xác, độ bền và tỷ số truyền cao, kích thước nhỏ gọn, không ồn trong quá trình làm việc Do đó, loại hộp giảm tốc này có xu hướng thay thế các hộp giảm tốc thông thường với những ưu điểm trên loại hộp giảm tốc này thích hợp cho các thiết