Xây dựng phương pháp thiết kế và công nghệ để đảm bảo độ chính xác tiếp xúc của bộ truyền bánh răng côn thẳng có gờ chặn khi gia công trên máy phay CNC

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, cơng bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày 06 tháng 09 năm 2019 Nghiên cứu sinh Hướng dẫn khoa học GS.TS.Trần Văn Địch Nguyễn Hồng Lĩnh Hướng dẫn khoa học PGS.TS.Tăng Huy i LỜI CẢM ƠN Trân trọng cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy cô giáo Bộ môn Công nghệ chế tạo máy, Viện khí, Phòng Đào tạo-Bộ phận đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện tốt để tác giả thực luận án Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến doanh nghiệp giúp đỡ thiết bị thí nghiệm chuyên gia lĩnh vực liên quan đóng góp thông tin vô quý báu ý kiến xác đáng, để tác giả hồn thành nghiên cứu Nghiên cứu sinh Nguyễn Hồng Lĩnh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN .II MỤC LỤC III DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT V DANH MỤC BẢNG BIỂU .VII DANH MỤC HÌNH VẼ VIII PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG 1.1 Vị trí truyền động bánh côn thẳng 1.2 Phân loại bánh côn thẳng 1.3 Đặc trưng bánh răng thẳng có gờ chặn 1.4 Các dạng truyền động 1.4 Các phương pháp gia công bánh côn thẳng 1.4.1 Phương pháp định hình .9 1.4.2 Phương pháp gia công theo dưỡng 1.4.3 Phương pháp bao hình 10 1.4.4 Phương pháp gia công dập nóng 10 1.4.5 Phương pháp gia công bám biên dạng SSM 11 1.5 Thông số truyền bánh côn thẳng 15 1.6 Dịch chỉnh bánh côn thẳng 17 1.6.1 Hệ dịch chỉnh Glenson 18 1.6.2 Hệ dịch chỉnh theo tiêu chuẩn BSS 18 1.6.3 Hệ dịch chỉnh Râynekơ (Bingram) 19 1.6.4 Hệ dịch chỉnh DIN: 19 1.6.5 Hệ dịch chỉnh tiếp tuyến 20 1.6.6 Hệ dịch chỉnh cao: 20 1.6.7 Hệ dịch chỉnh góc: 21 1.7 Phương trình đường thân khai 22 1.8 Tổng quan tình hình nghiên cứu 23 Kết luận chương 26 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BÁNH RĂNG CƠN RĂNG THẰNG CĨ GỜ CHẶN VỚI THƠNG SỐ HÌNH HỌC VÀ VẾT TIẾP XÚC 27 2.1 Đánh giá chất lượng qua thơng số hình học 27 2.1.1 Thông số vĩ mô 27 2.1.2 Thông số vi mô 28 2.1.3 Kiểm tra BRCG máy ZE800 .32 2.2 Đánh giá chất lượng qua vết tiếp xúc 36 2.2.1 Cơ sở lý thuyết ăn khớp không gian 36 2.2.2 Sự hình hình thành vết tiếp xúc: 38 iii 2.2.3 Yêu cầu kỹ thuật vết tiếp xúc .39 2.2.4 Phương pháp kiểm tra vết tiếp xúc 40 2.2.5 Ứng dụng Matlab để xây dựng vết tiếp xúc .40 2.2.6 Tinh chỉnh bề mặt để nâng cao tiếp xúc 45 Kết luận chương 48 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG CÔN RĂNG THẲNG CÓ GỜ CHẶN 49 3.1 Tổng quan phần mềm ADP 49 3.2 Xây dựng phần mềm 55 3.2.1 Xây dựng chương trình tính toán thiết kế liệu 2D 55 3.2.2 Xây dựng chương trình tính tốn thiết kế liệu 3D 58 3.2.3 Tinh chỉnh bề mặt 66 3.3 Đánh giá độ tin cậy phần mềm ADP với Inventer kisssoft 67 3.4 Ứng dụng kết liệu phần mềm để gia công BRCG 69 Kết luận chương 73 CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ TOÁN HỌC BẰNG THỰC NGHIỆM GIỮA CHẾ ĐỘ CẮT VỚI CHẤT LƯỢNG ĐẶC TRƯNG ĐẦU RA VÀ CHẾ ĐỘ CẮT TỐI ƯU KHI GIA CÔNG BRCG TRÊN MÁY PHAY CNC TRỤC 74 4.1 Cơ sở lý thuyết tối ưu hóa đa mục tiêu [38] 74 4.1.1 Các phương pháp thiết kế thí nghiệm 74 4.1.2 Các mơ hình xấp xỉ nội suy 78 4.1.3 Tối ưu hóa đa mục tiêu 81 4.2 Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ gia công BRCT máy phay CNC trục 82 4.2.1 Mơ tả tốn 82 4.2.2 Quy trình thực tối ưu hóa đa mục tiêu 82 4.2.2 Phương pháp thực 83 4.2.3 Xây dựng mơ hình xấp xỉ 87 4.2.4 Tối ưu hóa tốn 102 Kết luận chương 103 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .108 PHỤ LỤC 1 Kết chạy chương trình tối ưu Bảng số liệu đồ thị hình 4.24, 4.31, 4.38, 4.45 Bảng liệu tối ưu hóa 4 Hình ảnh sản phẩm BRCG Z11-16m8 12 iv DANH Zi, Z’ m, m’, m”  B i12 L  i, ii, ei  , max  c t, ti  0 Số v Modul da Góc áp lự Chiều rộn Tỷ số truy Chiều dài Góc hợp t Góc c Góc chân Góc đầu r Lượng dị Khe hở hư Bước Hệ số dịc Hệ số chi Ci' h’, h”, h Dei, Dii, Di D0i, Roi Hình chiế Chiều cao Đường kí Đường kí Góc đư Hệ số dịc Chiều dài Số n Hệ trục tọ Hệ trục tọ Vec tơ ch Chiều dài Bán kích Lượng dị Lượng dị Sai số lý t Đơ nhám Độ dày ră Sai số hìn Profile tan Sai số bư Sai số răn Sai số hìn Bán kính Thơng số Độ cong c Độ cong c Góc tạo b iK, DiK τ Ln nr (X,Y,Z) (, r) i,j,k a, b Rd z S bss R a, R z Si Ffa, Fha, Fa Ca, Caa, Caf fp, Fp fu, Fr ffb, fHb, fb RB u,v k1I, k1II k2I, k2II  Ae, Be S F ff, fH, F ff, fH, F Fp, fu Fr  bc, hc be, he nfi Rfi Sf BRCT BRCG SSM ADP GMS CNC CAD vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Công thức tính thơng số truyền BRCT 16 Bảng 1.2 Số nhỏ tránh tượng cắt lẹm 17 Bảng 1.3 Hệ số đầu K’ dịch chỉnh theo hệ Glenson 18 Bảng 1.4: Giá trị dịch chiều cao đầu m = 19 Bảng 1.5 Bảng tra số nhỏ thực tế cho phép bánh hình nón 19 Bảng 1.6: Hệ số dịch chỉnh tiếp tuyến τ dùng cho BRCT 20 Bảng 2.1: Tỷ lệ phần trăm vết tiếp xúc bánh côn theo JIS B1741 40 Bảng 2.2 Thông số tọa độ cực điểm tiếp xúc 44 Bảng 3.1 Tọa độ điểm để xây dựng vẽ bánh có vai 56 Bảng 3.2 Tọa độ điểm để xây dựng vẽ bánh tiêu chuẩn 57 Bảng 3.4: Các thơng số truyền Z11,16-m8 67 Bảng 3.5 Giá trị tọa độ lý thuyết điểm profile 69 Bảng 4.1 Số lượng thí nghiệm parameter study 75 Bảng 4.2 Thành phần thép 20XM 84 Bảng 4.3 Ma trận thực nghiệm 88 Bảng 4.4 Dữ liệu đo kiểm điểm thí nghiệm 89 Bảng 4.5 Đánh gia độ tin cậy mơ hình 91 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân loại bánh dựa vào vị trí trục Hình 1.2 Các dạng bánh .5 Hình 1.3.Các loại BRCT với vị trí mặt chuẩn .6 Hình 1.4.Các loại BRCT với vị trí mặt chuẩn lắp ghép Hình 1.5 Hình dạng vành BRCT Hình 1.6 BRCT có gờ khơng có gờ chặn .7 Hình 1.7 Hiện tượng tróc rỗ bề mặt BRCG Hình 1.8 Các dạng truyền động BRCT Hình 1.9 Phương pháp gia cơng định hình Hình1.10 Phương pháp gia công theo dưỡng 10 Hình 1.11 Phương pháp gia cơng bao hình 10 Hình 1.12 Phương pháp dập nóng khn kín 11 Hình 1.13 Gia công bám biên dạng BRCT 11 Hình 1.14 Mơ tả quy trình gia công 12 Hình 1.15 Lưu đồ trình tạo liệu đầu vào 12 Hình 1.16 Các phương án hướng dịch chuyển dụng cụ 13 Hình 1.17 Các phương án chia lượng dư 14 Hình 1.18 Các phương án dịch chuyển dụng cụ 14 Hình 1.19 Sai lệch lý thuyết 15 Hình 1.20 Kích thước góc BRCT 15 Hình 1.21 Sự dịch chỉnh chiều cao 17 Hình 1.22 Đồ thị xác định góc dịch chỉnh   = 90 20 Hình 1.23 Đồ thị xác định dịch chỉnh   = 90 21 Hình 1.24 Tọa độ điểm đường thân khai 22 Hình 1.24 Vị trí góc gama đỉnh 23 Hình 2.1 Độ dày 28 Hình 2.2 Sơ đồ kiểm tra sai lệch khoảng pháp tuyến chung .28 Hình 2.3 Sơ đồ lỗi vi mơ ảnh hưởng chúng đến khả làm việc 29 Hình 2.4 Profile 29 Hình 2.5 Sai số hình dạng profile 29 Hình 2.6 Sai lệch góc profile 30 Hình 2.7 Sai lệch tổng profile 30 Hình 2.8 Tên gọi vị trí 31 Hình 2.9 Sai lệch hướng 31 Hình 2.10: Bước sở bánh 31 Hình 2.11 Sai số bước 32 Hình 2.12 Sai số bán kính runout 32 Hình 2.13 Máy mài ZE800 33 Hình 2.14 Hiển thị kết đo máy ZE800 33 Hình 2.15 Thiết lập liệu đầu vào cấp xác 33 Hình 2.16 Trình tự đo sai số profile 34 Hình 2.17 Trình tự đo sai số pitch 34 Hình 2.18 Trình tự đo sai số lead 34 viii Hình 2.19 Vị trí đầu đo đo pitch 35 Hình 2.20 Vị trí đầu đo đo profile 35 Hình 2.21 Vị trí đầu đo đo lead 36 Hình 2.22.Thông số bề mặt không gian 37 Hình 2.23 Tiếp xúc hình elip 38 Hình 2.24: Vết tiếp xúc mong muốn 39 Hình 2.25 Kích thước vết tiếp xúc bánh 39 Hình 2.26 Kiểm tra vết tiếp xúc theo bột màu hãng Glenson KHK 40 Hình 2.27 Lưu đồ thuật toán xây dựng điểm tiếp xúc 41 Hình 2.28 Mơ tả xây dựng bề mặt 41 Hình 2.29 Tọa độ điểm thuộc bề mặt 42 Hình 2.30 Biên dạng truyền bánh Matlab 42 Hình 2.31 Các hệ tọa độ gắn lên truyền 43 Hình 2.32 Mô tả tiếp xúc hai bề mặt 43 Hình 2.33 Mơ tả tiếp xúc hai bề mặt 45 Hình 2.34 Tinh chỉnh bề mặt thân khai 46 Hình 2.35 Tinh chỉnh theo phương 46 Hình 2.36 Tinh chỉnh theo profile 47 Hình 2.37 Giá trị dịch chỉnh profile 47 Hình 3.1 Lưu đồ thuật tốn giao diện 50 Hình 3.2 Kiểm tra tính đắn liệu đầu vào 50 Hình 3.3 Giao diện nhập liêu 51 Hình 3.4 Thơng tin gợi ý lựa chọn thông số 51 Hình 3.5 Giao diện lựa chọn thơng số kết cấu 51 Hình 3.6 Giao diện lựa thông tin hiệu chỉnh bề mặt 52 Hình 3.7 Giao diện kết thông số thiết kế 52 Hình 3.8 Kết vẽ 2D bánh chủ động 53 Hình 3.9 Kết vẽ 2D bánh bị động 54 Hình 3.10 Kết vẽ 3D 55 Hình 3.11 Giao diện liệu Autolisp 55 Hình 3.12 Kích thước vị trí BRCT 55 Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán thiết kế vẽ chi tiết 2D 56 Hình 3.14 Thứ tự thành lập vẽ 57 Hình 3.15 Sai số biên dạng thân khai 58 Hình 3.16 Sai lệch profile cực đại 59 Hình 3.17 Lưu đồ thuật tốn xác định n Z.Cos() > Z -2,4 61 Hình 3.18 Lưu đồ thuật tốn xác định n Z.Cos()  Z -2,4 62 Hình 3.19 Đồ thị so sánh sai lệch thiết kế 63 Hình 3.21 Lưu đồ thuật tốn thiết kế mơ hình 3D 64 Hình 3.22 Hiện tượng khơng khít giao tuyến cộng khối 64 Hình 3.23 Q trình xây dựng mơ hình 3D 66 Hình 3.24.Mơ hình 3D bánh Z16 ba phần mềm 68 Hình 3.25 Tọa độ điểm Profile 688 Hình 3.26 Biểu đồ sai số profile 69 Hình 3.27 Sản phẩm truyền BRCG Z16-11 m8………………………………… 69 Hình 3.28 Gá đặt gia cơng đo kiểm bánh 70 Hình 3.29 Xử lý liệu NC 70 ix Bảng số liệu đồ thị hình 4.24, 4.31, 4.38, 4.45 Feed (mm/phút) 550.000 592.308 634.615 676.923 719.231 761.538 803.846 846.154 888.462 930.769 973.077 1015.385 1057.692 1100.000 1142.308 1184.615 1226.923 1269.231 1311.538 1353.846 1396.154 1438.462 1480.769 1523.077 1565.385 1607.692 1650.000 1692.308 1734.615 1776.923 1819.231 1861.538 1903.846 1946.154 1988.462 2030.769 2073.077 2115.385 2157.692 2200.000 Feed (mm/phút) 550.000 592.308 634.615 676.923 719.231 761.538 803.846 846.154 888.462 930.769 973.077 1015.385 1057.692 1100.000 1142.308 1184.615 1226.923 1269.231 1311.538 1353.846 1396.154 1438.462 1480.769 1523.077 1565.385 1607.692 1650.000 1692.308 1734.615 1776.923 1819.231 1861.538 1903.846 1946.154 1988.462 2030.769 2073.077 2115.385 2157.692 2200.000 3 Bảng liệu tối ưu hóa 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 10 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 11 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 Một số sản phẩm BRCG BRCT ứng dụng kết luận án 12 Bộ truyền BRCG Z11-18 m5.5 Bánh côn thẳng Z16 m7 25 Bánh tầng 13 Bộ truyền BRCT Z24-14 m7 30 BRCG Z16 m8 14 ... tiếp xúc) bước gia công tinh cấp thiết cấp bách Để giải vấn đề này, tác giả lựa chọn đề tài: Xây dựng phương pháp thiết kế cơng nghệ để đảm bảo độ xác tiếp xúc truyền bánh răng thẳng có gờ chặn. .. bật hướng tiếp cận việc gia công bánh máy gia công tự động Hầu hết sở sản xuất bánh trang bị máy phay CNC để khắc phục vấn đề hạn chế vướng phải gia công bánh phương pháp gia công truyền thống... truyền động bánh răng thẳng 1.2 Phân loại bánh côn thẳng 1.3 Đặc trưng bánh răng thẳng có gờ chặn 1.4 Các dạng truyền động 1.4 Các phương pháp gia công bánh côn thẳng