Tài liệu giới thiệu về phương pháp thiết kế chi tiết máy có sự trợ giúp của máy tính, cụ thể là giới thiệu tính toán thiết kế nhanh các bộ truyền trong cơ khí.Trong tài liệu này gói gọn ở việc sử dụng phần mềm autodesk inventor để thiết kế bộ truyền bánh răng trụ
Chương THIẾT KẾ CÁC BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG Để thiết kế truyền bánh răng, cần biết trước: Công dụng chế độ làm việc truyền, công suất, số vòng quay phút trục dẫn trục bị dẫn (một số trường hợp biết trước vật liệu làm bánh răng) Cần chọn vật liệu (nếu chưa cho trước), xác định kích thước bánh răng, số răng, modun, góc nghiêng (đối với nghiêng chữ V), khoảng cách trục (hoặc chiều dài nón truyền bánh nón) Ứng dụng Design phần mềm Autodesk Inventor cho phép người dùng thiết kế nhanh truyền với đầy đủ tính thiết kế phương án lựa chọn khác 3.1 Thiết kế bánh trụ Truyền động bánh trụ thẳng, nghiêng chữ V, ăn khớp ăn khớp trong, dùng để truyền động trục song song Để ứng dụng modun Design Autodesk Inventor thiết kế nhanh truyền bánh trụ, ta thực theo bước sau: 3.1.1 Khởi tạo chương trình Cũng phần mềm chạy Window khác, ta khởi động phần mềm cách kích đúp chuột vào biểu tượng phần mềm desktop vào Start/Program/Autodesk/Autodesk Inventor 2014 3.1.2 Thiết lập file thiết kế Sau khởi động phần mềm ta thực lệnh New,vào file standard.iam để khởi tạo mơi trường làm việc cụm lắp ghép Hình 3.1.Chọn file thiết kế Trong môi trường lắp ghép cụm, ta chọn tab Design sau chọn Super Gear để tiến hành thiết kế truyền bánh trụ Hình 3.2.Chọn thiết kế bánh trụ Sau chọn mục super gear, lựa chọn tên thư mục lắp ghép vị trí lưu thư mục hộp thoại super gears component generator để lựa chọn phương án thiết kế Hình 3.3 Hộp thoại super gears component generator 3.1.3 Chọn hướng thiết kế Tab Calculator hộp thoại Bevel Gear Component Generator cho phép ta chọn hướng thiết kế, phương pháp nhập liệu đầu vào tính tốn truyền Hình 3.4 Tab Calculation Chọn hướng thiết kế: Có hướng thiết kế Hình 3.5 Lựa chọn hướng thiết kế Check calculation: Kiểm tra bền Material Design: Tính tốn chọn vật liệu Geometry Design: Thiết kế hình học - Kiểm tra bền: Chọn kích thước hình học, khai báo thơng số lực, tải trọng, vật liệu tiến hành kiểm tra bền Trường hợp không đảm bảo độ bền ta phải chọn lại vật liệu kích thước hình học - Tính tốn chọn vật liệu: Chọn kích thước hình học, khai báo thơng số lực, tải trọng tiến hành tính toán xác định loại vật liệu phù hợp - Thiết kế hình học: Khai báo giá trị lực, tải trọng, chọn vật liệu tiến hành tính tốn tối ưu kích thước hình học Sơ đồ cụ thể bước tiến hành Hình 3.6 Sơ đồ bước thiết kế truyền bánh trụ Trong nội dung sách này, giới thiệu hướng kiểm tra bền 3.1.4.Chọn phương pháp tính Các phương pháp tính tốn thơng số hình học lựa chọn mục Design Guide hộp hội thoại Spur Gears Component Generation, bao gồm: - Center distance: Khoảng cách hai trục bánh - Module and number of teeth: Modul số - Number of teeth: Số - Total unit Correction: Tổng đơn vị dịch chỉnh - Module: Modul - Hình 3.7 Lựa chọn phương pháp tính tốn thơng số hình học Ở mục hướng thiết kế chọn thông số phần mềm tính tốn sau có đầy đủ thơng số đầu vào (có nghĩa thơng số chưa biết chọn hướng thiết kế để tìm thơng số đó) 3.1.5 Thiết lập thơng số hình học truyền Chọn tab Design hộp thoại super gears component generator để nhập thông số vào truyền, tính tốn kích thước truyền Hình 3.8 Cửa sổ Super gears component generator thiết kế truyền bánh trụ Để phần mềm tính tốn thiết kế ta cần phải nhập thông số đầu vào (tỉ số truyền, số răng, khoảng cách trục, modun ) ta cần nhập thơng số, phần mềm tính tốn thơng số lại theo cơng thức: Hình 3.9 Nhập thơng số hình học đầu vào Trong đó: - Desired gear ratio: Nhập vào tỉ số truyền - Module: Nhập vào modul - Center distance: Nhập vào khoảng cách trục a - Nuber of teeth: Nhập vào số (bánh bánh 2) - Facewidth: Nhập vào bề dày bánh (bánh bánh 2) - Mục Internal để thiết kế cặp bánh ăn khớp Với lựa chọn từ hướng thiết kế ta nhập số thơng số vào hộp thoại thơng số khác phần mềm tự tính, ta khơng thể nhập số liệu vào Mục Pressure Angle để chọn góc áp lực ăn khớp (giá trị mặc định 200) Hình 3.10 Nhập vào góc áp lực ăn khớp góc nghiêng Mục Helix Angle để nhập vào góc nghiêng bánh (thiết kế bánh trụ nghiêng) = (8 - 20)0 3.1.6 Thiết lập thông số lực, tải trọng tác dụng Để kiểm tra độ bền làm việc cặp bánh cần thiết phải có yếu tố lực tác động lên truyền; đặc tính vật liệu (các giới hạn bền mỏi, bền mòn, modul đàn hồi, độ cứng ) chế tạo nên cặp bánh truyền, tiêu chuẩn để kiểm nghiệm bền Tab Calculator hộp thoại super gears component generator ta tiến hành khai báo thông số lực tải trọng tác dụng cho truyền Đặt tải trọng cho truyền: Hình 3.11 Đặt tải trọng cho truyền để kiểm tra - Power: Công suất đặt vào trục bánh - Speed: Tốc độ quay trục bánh - Torque: Momen xoắn trục - Efficiency: Hiệu suất truyền Giá trị hiệu suất mặc định mức thông thường cho truyền, ta cần nhập vào thơng số lại: cơng suất, tốc độ, momen xoắn cách lựa chọn mục type of load calculator Hình 3.12 Lựa chọn thơng số đầu vào để kiểm tra bền - Power, speed Torque: Nhập vào cơng suất tốc độ, phần mềm tính momen xoắn - Torque, speed Power: Nhập vào momen xoắn tốc độ, phần mềm tính cơng suất - Power, torque Speed: Nhập vào cơng suất momen xoắn, phần mềm tính tốc độ 3.1.7 Nhập thông số vật liệu Các thơng số vật liệu nhập trực tiếp chọn loại vật liệu có sẵn thư viện phần mềm thư viện người dùng tạo Mục Material Values để thiết lập vật liệu chế tạo bánh Hình 3.13.Thiết lập thơng số vật liệu chế tạo bánh - Bending fatigue Limit: Giới hạn bền uốn - Contact Fatigue Limit: Giới hạn bền tiếp xúc - Modulus of Elasticity: Modul đàn hồi - Poisson’s Ratio: Hằng số Poatson - Heat Treatment: Phương pháp xử lý nhiệt Cần phải nhập đầy đủ giá trị độ bền mỏi, bền uốn, bền tiếp xúc, modul đàn hồi cho hai bánh Nếu khơng có giá trị vật liệu ta chọn trực tiếp vật liệu để chế tạo bánh cách tích vào user material để chọn loại vật liệu (phần mềm có bảng vật liệu thông dụng tự tra cho ta thông số để kiểm nghiệm bền) 3.1.8 Nhập tiêu chuẩn tính tốn, hệ số Trang Calculation hộp hội thoại Spur Gears Component Generator cho phép ta nhập tiêu chuẩn tính tốn hệ số Hình 3.14 Trang Calculation hộp hội thoại Spur Gears Component Generator - Method of strength calculator: Chọn phương pháp tính tốn Phương pháp tính tốn chọn mục Method of strength calculator, giá trị mặc định mục ISO 6336:1996 Hình 3.15 Chọn tiêu chuẩn tính tốn kiểm tra bền - Required Life: Nhập thời gian làm việc ( đơn vị giờ) - Accuracy: Chọn cấp xác Standard: Chọn tiêu chuẩn Precision Specification: Đặc điểm độ xác Hình 3.16.Cấp xác - Factors: Hệ số 10 Hình 3.17 Bảng hệ số Trong bảng gồm có nhóm hệ số: Nhóm hệ số tải trọng: - Application factor: Hệ số lực - Dynamic factor: Hệ số động - Face load factor: Hệ số lực bề mặt - Transverse load factor: Hệ số lực ngang - One-time overloading factor: Hệ số tải tức thời Nhóm hệ số tiếp xúc: - Zone factor: Hệ số khu vực 11 - Contact ratio factor: Hệ số tỉ số tiếp xúc - Single pair tooth contact factor: Hệ số tiếp xúc cặp đơn - Life factor: Hệ số tuổi thọ - Lubricalt factor: Hệ số bôi trơn - Roughness factor: Hệ số nhám - Velicity factor: Hệ số tốc độ - Helix angle factor: Hệ số góc xoắn - Size factor: Hệ số kích thước - Work hardeling factor: Hệ số độ cứng làm việc Nhóm hệ số uốn: - Form factor: Hệ số hình dạng - Stress correction factor: Hệ số ứng suất dịch chỉnh - Teeth with grinding notches factor: Hệ số mài mòn rãnh - Helix angle factor: Hệ số góc xoắn - Contact ratio factor: Hệ số tỉ số tiếp xúc - Alternating load factor: Hệ số tải trọng chuyển đổi - Production technology factor: Hệ số sản sinh công nghệ - Life factor: Hệ số tuổi thọ - Notch sensitivity factor: Hệ số nhạy cắt rãnh - Size factor: Hệ số kích thước - Tooth root surface factor: Hệ số bề mặt chân Các hệ số mặc định theo tiêu chuẩn, ta nhập trực tiếp hệ số theo tính tốn thực tế (tra tiêu chuẩn tài liệu tính tốn thiết kế khí) 3.1.9 Tiến hành tính tốn Khi lựa chọn phương pháp nhập số liệu vào phương thức kiểm tra bền ta bấm nút calculator để phần mềm tiến hành tính tốn 12 Hình 3.18 Tiến hành tính tốn Sau bấm calculator ta kết tính tốn + Trường hợp đủ bền (có thể thừa bền) phần mềm báo: Calculation indicates design compliance! + Trường hợp không đủ bền phần mềm báo lỗi: Calculation indicates design failure! Khi kết tính tốn có lỗi, ta quay lại bước tính (sơ đồ hình 3.4) 3.1.10 Lấy kết tính tốn Sau khí tiến hành tính tốn, phần mềm đưa cho ta kết hình học tải trọng Mục Result tab design cho giá trị hình dạng truyền vừa thiết kế Như đường kính đỉnh răng, đường kính chân răng, đường kính vòng chia bánh 13 Hình 3.19 Kết thơng số hình học Các giá trị biểu thị qua hình ảnh minh họa thơng qua việc bấm vào nút preview Hình 3.20 Kết thơng số hình học Trong bảng có tất thơng số hình học cặp bánh truyền minh họa hình Ở tab calculator mục cho ta giá trị thành phần lực tác dụng lên cặp bánh 14 Hình 3.21.Kết thơng số lực tải trọng Các thành phần lực bao gồm lực tiếp tuyến, lực hướng tâm, lực dọc trục tác dụng lên hai bánh truyền Các kết để dùng làm sở cho việc tính tốn thiết kế trục chi tiết có liên quan khác sau Sau tính tốn thiết kế xong ta bấm nút ok Phần mềm tự vẽ mơ hình 3D cặp bánh với thơng số tính tốn thơng số đưa vào 15 Hình 3.22 Mơ hình 3D truyền 16 ... khoảng cách trục a - Nuber of teeth: Nhập vào số (bánh bánh 2) - Facewidth: Nhập vào bề dày bánh (bánh bánh 2) - Mục Internal để thiết kế cặp bánh ăn khớp Với lựa chọn từ hướng thiết kế ta nhập... Calculation Chọn hướng thiết kế: Có hướng thiết kế Hình 3.5 Lựa chọn hướng thiết kế Check calculation: Kiểm tra bền Material Design: Tính tốn chọn vật liệu Geometry Design: Thiết kế hình học - Kiểm... sổ Super gears component generator thiết kế truyền bánh trụ Để phần mềm tính tốn thiết kế ta cần phải nhập thơng số đầu vào (tỉ số truyền, số răng, khoảng cách trục, modun ) ta cần nhập thông số,