Ứng dụng tin học trong tính toán thiết kế chi tiết cơ khí chính xác

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG HÙNG ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHI TIẾT CƠ KHÍ CHÍNH XÁC LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KHÍ NGÀNH CƠ KHÍ CHÍNH XÁC VÀ QUANG HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN ĐỊNH TƯỜNG HÀ NỘI – 2008 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương KHÁI QUÁT CÁC BỘ TRUYỀN V C CU C KH 1.1 Truyền động bánh ma sát 1.2 Truyền động đai 1.3 Truyền động bánh 1.4 Trun ®éng trơc vÝt 1.5 Trun ®éng xÝch 1.6 Cơ cấu đòn - Lũ 1.6.1 Cơ cấu sin tang 1.6.2 Cơ cấu gạt 1.6.3 Cơ cấu tay quay - trợt 1.6.4 Cơ cấu culit 1.6.5 Cơ cấu bốn khâu lề 1.7 Cơ cấu chuyển động ngắt qu ng 1.7.1 Cơ cấu man 1.7.2 Cơ cÊu cãc 1.8 C¸c chi tiÕt ghÐp nèi 1.9 Các chi tit 1.9.1 Trục phân loại trục 1.9.2 ổ đỡ 1.10 Khớp nối trục 1.11 Các chi tiết đàn hồi Chơng CƠ Sở Lý THUYếT TíNH TOáN CáC THÔNG Số HìNH HọC số truyền cấu khí 2.1 Bộ truyền đai 2.1.1 Kh¸i niƯm chung 2.1.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé trun đai 2.2 Truyền động bánh 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Tính toán bánh trụ thẳng 2.3 Truyền động xÝch 2.3.1 Kh¸i niƯm chung 2.3.2 TÝnh to¸n bé trun xÝch 2.4 GhÐp b»ng ren 2.4.1 CÊu t¹o cđa mèi ghép ren 2.4.2 Các thông số ren 2.4.3 Tính mối ghép ren 2.5 ống Xinphôn 2.5.1 Khái niệm 2.5.2 Tính toán ống xiphon 2.6 ổ tựa hình trô 4 5 8 10 10 11 12 13 14 14 15 15 17 17 19 19 19 19 24 24 25 27 27 27 30 30 30 31 34 34 35 36 2.6.1 Khái niệm 2.6.2 Tính toán ổ tựa hình trơ 2.7 C¬ cÊu sin 2.8 C¬ cÊu tang 2.9 Cơ cấu gạt 2.10 Cơ cấu tay quay trợt 2.11 Cơ cấu culit 2.12 Cơ cấu bốn khâu lề Chơng NG DNG TIN HC TNH TON THIT K CHI TIT MY 3.1 Khảo sát mét sè phÇn mỊm CAD 3.1.1 Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm Auto CAD 3.1.2 Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm Mechanical Desktop 3.1.3 Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm Solidworks 3.1.4 Giíi thiƯu vỊ phÇn mỊm AutoDesk Inventor 3.1.5 Giíi thiƯu vỊ phần mềm Pro-Engineer 3.2 So sánh tính sử dụng số chơng trình tính toán thiết kế máy vi tính 3.2.1 So sánh cấu hình cài đặt phần mềm 3.2.2 So sánh hình ảnh (khi biểu diễn vật thể 3D) 3.2.3 Độ phân giải hình (khi biểu diễn vật thể 3D) 3.2.4 Các thao tác sử dụng 3.2.5 Phạm vi sử dụng tính phần mềm 3.2.6 Lựa chọn phần mỊm 3.3 Lý thut tÝnh to¸n Inventor 10 3.3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán thiết kế b truyn động bánh trụ 3.3.2 C¬ së lý thuyÕt tÝnh to¸n thiÕt kÕ truyền động đai 3.4 H−íng dẫn cách sử dụng Inventor10 để tính toán thiết kế 3.4.1 Tính toán thiết kế bánh trụ 3.4.2 Tớnh tốn thiết kế truyền động đai 3.5 Ví dụ áp dụng 3.5.1 Ví dụ 3.5.2 Ví dụ Chương HỖ TRỢ KHI SỬ DỤNG INVENTOR10 TRONG TÍNH TỐN THIẾT KẾ 4.1 Giới thiệu phần mềm 4.2 Các thơng số tính tốn 4.2.1 Tính tốn cho truyền động bánh trụ 4.2.2 Tính tốn cho truyền đai 4.3 Mã nguồn 4.4 Giới thiệu hướng dẫn cách sử dụng phần mềm 4.4.1 Giao diện chương trình 4.4.2 Hướng dẫn sử dụng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 36 36 40 40 41 42 45 47 49 49 50 51 54 55 59 60 60 60 61 61 61 61 62 62 83 88 88 110 120 120 125 127 127 128 128 129 130 136 136 137 138 139 141 M U Công nghiệp ngành có vai trò quan trong tiến trình công nghiệp hóa đại hóa đất nớc, mt quc gia dự cú công nghệ cao, tin học phần mềm hàng đầu, dù tài ngun có nhiều, dù có nơng nghiệp, sinh học phát triển mà khơng có cơng nghiệp chế tạo máy phát triển khơng nước cơng nghiệp hóa Để thúc đẩy phát triển ngành cụng nghip ch to mỏy nói riêng việc áp dụng thành khoa học vào sản xuất cần thiết Khoảng chục năm trở trớc, việc tính toán thiết kế sản phẩm khí nhiều công sức thời gian đ làm tăng giá thành chậm tiến độ sản xuất sản phẩm Ngày nay, công nghệ thông tin đ xâm nhập vào lĩnh vực khoa học công nghệ lĩnh vực tính toán thiết kế khí không ngoại lệ Computer Aided Design (CAD) - ThiÕt kÕ d−íi sù trỵ gióp máy tính đ trở thành công cụ thiếu đợc kỹ s khí, giúp việc tính toán thiết kế trở nên nhanh hơn, đơn giản hơn, xác hơn, chuyên nghiệp làm cho sản phẩm sản xuất nhanh hơn, tốt hơn, rẻ Cùng với phát triển hệ máy tính điện tử ngày nhanh mạnh hơn, nhiều ngành công nghiệp đ áp dụng thành công trình thiết kế với trợ giúp phần mền máy tính Việc thiết kế với hỗ trợ máy tính có lợi lớn tiết kiệm đợc chi phí thời gian thử nghiệm Các mô hình sản phẩm đợc thiết kế thử nghiệm phần mềm chuyên dụng ®Ĩ thu ®−ỵc mét thiÕt kÕ tèi −u nhÊt, sau thiết kế đợc đa vào chế tạo sản xuất Ngày giới số lợng phần mềm hỗ trợ thiết kế phong phú ®a d¹ng nh− AutoCAD, Mechanical Desktop, SolidWorks, Autodesk Inventor, Pro Engineer phần mềm có u điểm lĩnh vực Việc áp dụng chúng vào tính toán thiết kế chi tiết khí đặc biệt khí xác nh nào? Đó vấn đề mà luận văn cần giải Với mục đích luận văn bao gồm nội dung sau: ã Khảo sát truyền cấu khí, sở tính toán thiết kế truyền cấu nhằm mục đích áp dụng phần mềm thiết kế cách hữu hiệu ã Khảo sát phần mềm tính toán thiết kế, so sánh, lựa chọn phầm mềm phù hợp ứng dụng phần mền đ lựa chọn để tính toán thiết kế chi tiết khí xác ã Khắc phục số hạn chế Inventor tính toán thiết kế chi tiết khí cách phù hợp Để giải vấn đề luận văn đợc chia thành chơng nh sau: Chơng - Khái quát chung truyền c¬ cÊu c¬ khÝ Ch−¬ng - C¬ së lý thuyết tính toán thiết kế thông số hình học số truyền cấu khí Chơng - ứng dụng tin học tính toán vẽ thiết kế chi tiết máy Chơng - Hỗ trợ sử dụng Inventor 10 tính toán thiÕt kÕ NhiƯm vơ cđa tõng ch−¬ng nh− sau: Ch−¬ng khảo sát truyền dùng ngành khí nói chung khí xác nói riêng, chức truyền cấu Chơng trình bày sở lý thuyết tính toán thiết kế thông số hình học số truyền cấu khí Chơng khảo sát cách tính toán thông số hình học truyền cấu khí Chơng khảo sát phần mềm tính toán thiết kế, so sánh, lựa chọn phầm mềm phù hợp ứng dụng phần mền đ lựa chọn để tính toán thiết kế số chi tiết khí xác Chơng nêu điểm hạn chế phần mềm thiết kế biện pháp khắc phục để trình tính toán thiết kế chi tiết khí nhanh hơn, xác Chơng đa biện pháp khắc phục nhơc điểm cho phần mềm tính toán thiết Đó lập trình tạo phần mềm hỗ trợ trình tính toán đợc tin học hóa cách triệt để, giảm thiểu thời gian tính toán thiết kế, đơn giản hóa trình tính toán thiết kế cho ngời sử dụng Để hoàn thành đợc luận văn Em xin chân thành cảm ơn PGS TS Trần Định Tờng đ tận tình hớng dẫn em suốt trình thực Những lời hớng dẫn bảo tận tình thầy đ giúp em nhiều trình làm luận văn Xin cảm ơn thầy, cô môn Cơ Khí Chính Xác Quang Học đ có nhiều ý kiến quý báu cho luận văn em, lời góp ý chân thành kinh nghiệm quý báu thầy cô đ giúp em hoàn thành tốt luận văn Xin cảm ơn toàn thể thầy, cô giáo, bạn đồng nghệp môn Hình hoạ vẽ kỹ thuật khoa Cơ khí trờng Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đ động viên, góp ý tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận văn thời hạn Trong thời gian làm luận văn, đ cố gắng nhiều đ hoàn thành nhiệm vụ đ đặt song trình độ thời gian có hạn mà vấn đề nghiên cứu phức tạp nguồn tài liệu phơng tiện nghiên cứu khó khăn nên kết nhiều hạn chế em mong tiếp tục nhận đợc góp ý thầy cô bạn H ni, thỏng nm 2008 Nguyễn Quang Hùng Chương KHÁI QUÁT CÁC BỘ TRUYỀN VÀ CƠ CẤU CƠ KHÍ Trong sống thường xuyên bắt gặp truyền cấu khí, chúng có mặt khắp nơi, ngành, lĩnh vực đời sống, từ nông thôn đến thành phố Chúng trở thành phần thiếu đời sống người Để truyền chuyển động khí sử dụng truyền truyển động, chóng cã nhiƯm vơ truyền từ nguồn chuyển động tới phận công tác máy Thông thờng biến đổi tốc độ, lực mô men, biến đổi dạng quy luật chuyển động tớnh toỏn thit kế chúng trước hết ta khảo sát qua truyền cấu khí 1.1 Trun ®éng b¸nh ma s¸t.(Hình 1.1) Truyền động bánh ma sát thực truyền công suất trục nhờ lực ma sát sinh chỗ tiếp xúc bánh lắp trục dẫn trục bị dẫn Để tạo lực ma sát cần tác dụng lực ép bánh lại với Truyền động bánh ma sát có ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản H×nh 1.1 + Làm việc êm + Có khả điều chỉnh vơ cấp tốc độ Nhưng có số nhược điểm: + Lực tác dung lên trọc ổ lớn + Tỷ số truyền không ổn định có trượt bánh làm việc + Khả tải thấp 1.2 Trun ®éng ®ai (Hỡnh 1.2) Dựa nguyên lý truyền động ma sát, truyền gồm bánh đai dẫn, bánh đai bị dẫn dây đai mắc D2 D1 căng hai bánh Khi bánh chủ động quay với vận tốc nhờ có ma sát dây đai bánh đai làm cho dây đai Hình 1.2 quay dẫn đến bánh bị động quay với vận tốc 2, truyền từ trục dẫn sang trục bÞ dÉn Truyền động đai có ưu điểm: + Có khả truyền động trục xa (Amax = 15 m); + Truyền động êm vật liệu có tính đàn hồi giữ đợc an toàn cho chi tiết máy tải (vì lúc đai trợt trơn hoàn toàn); + Kết cấu đơn giản, dễ bảo quản; + Giá thành hạ Nhng cng cú mt s nhc im: + Khuôn khổ kích thớc lớn; + Tỷ số truyền không ổn định (vì đai trợt đàn hồi); + Hiệu suất thấp; + Lực tác dụng lên trục, lên ổ lớn phải căng đai; + Tuổi thọ thấp làm việc với vận tốc cao 1.3 Truyền động bánh (Hỡnh 1.3) Truyền động bánh dựa nguyên tắc ăn khớp bánh răng Theo vị trí tơng đối trục có loại: truyền động bánh trụ trục song song với nhau(hình 1.3 a,b,c,d); truyền động bánh côn trục cắt nhau(hình 1.3 e,g); trục chéo sử dụng bánh trụ chéo bánh côn chéo (hình 1.3 h,) Truyền động bánh có u điểm - Kích thớc nhỏ gọn - Khả tải lớn, hiệu suất cao - Làm việc chắn - Tỷ số truyền cố định - Làm việc tốt phạm vi công suất, tốc độ tỷ số truyền rộng Nhợc điểm - Đòi hỏi độ xác cao chế tạo - Cã nhiỊu tiÕng ån lµm viƯc víi vËn tốc lớn - Chịu va đập độ cứng truyền cao Hình 1.3 1.4 Truyền động trục vít (hình 1.4) Hình 1.4 Truyền động trục vít dïng ®Ĩ trun chun ®éng cho trơc chÐo (th−êng chÐo mét gãc 90o) Th−êng trơc vÝt dÉn ®éng bánh vít bị dẫn u điểm truyền động trơc vÝt + Tû sè trun lín imax = 1000, thờng dùng i = ữ 100 + Làm việc êm không ồn tiếp xúc liên tục trình ăn khớp + Có khả tự h m Nhợc điểm + Hiệu suất truyền động thấp + Bánh vít làm kim loại màu đắt tiền 1.5 Truyền động xích (hình 1.5) Xích chuỗi mắt xích đợc nối với lề Xĩch truyền chuyển động công suất từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ ăn khớp mắt xích với đĩa Bộ truyền xích đơn Hình 1.5 giản gồm: đĩa xích xích u điểm truyền xích + Có thể truyền động trục tơng đối xa (Amax = m) + Không có trợt nh truyền động đai + Hiệu suất cao, đạt 0,98 + Lực tác dụng lên trục, lên ổ nhỏ truyền động đai + Cã thĨ cïng lóc trun chun ®éng cho nhiều trục Nhợc điểm: + Đòi hỏi chế tạo lắp ghép xác + Yêu cầu chăm sóc phức tạp + Chóng mòn bôi trơn không tốt làm việc nơi bụi bẩn + Cã nhiỊu tiÕng ån lµm viƯc 132 'Tim ung suat tiep xuc Ustx = CSng(DataCombo1.BoundText) can = (1050000 / (Ustx * i)) * (1050000 / (Ustx * i)) * K * N / (SiA * n2) A = Round((i + 1) * Exp(Log(can) * / 3), 0) mmin = 0.01 * A mmax = 0.02 * A j=1 Do While j mmin And Mbr(j)