Thiết kế chế tạo máy đo bước xoắn bánh răng trụ răng nghiêng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - TRẦN VĂN TÂN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY ĐO BƯỚC XOẮN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Thái Nguyên – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ PHẦN MỞ ĐẦU Rất khó tra cứu truyền bánh thực đời có giả thiết cho hoạt động liên tục đòn bẩy xung quanh trục quay cố định Cho đến ngày mà có nhiều hệ dẫn động tiên tiến đời hình thức truyền động cặp ăn khớp có giữ vai trị quan trọng công nghiệp dân dụng Bánh với vai trị chi tiết máy hình thành xích động học để truyền chuyển động, cơng suất mô men thiếu máy động lực, máy công cụ chi tiết phổ biến ngành khí, thường có mặt biểu tượng khí xác phần tính phổ biến yêu cầu kỹ thuật gia cơng Dù trình độ sản xuất bánh đóng vai trị quan trọng, nhiên nước phát triển ngành sản xuất mang tính chun mơn hóa cao hơn, nước phát triển thiếu chủ động máy công cụ nên sản xuất thường điều Việc đồng quán khâu sản xuất từ thiết kế, chế tạo kiểm tra sản phẩm đòi hỏi khối lượng lớn máy móc thiết bị chun,việc gia cơng nước ta đơn vị sản xuất nhỏ nhà xưởng tư nhân thường phục vụ công tác sửa chữa chính, đơn vị chuyên sản xuất bánh dạng hộp giảm tốc hoàn chỉnh chưa trang bị máy đo kiểm chuyên dùng phục vụ sản xuất Trong điều kiện chưa thể đồng thiết bị việc sáng tạo để khắc phục khó khăn trước mắt vơ cần thiết, chi tiết phức tạo bánh có nhiều thông số cần đo kiểm thiết kế lại kiểm tra sau gia công xong nhiên có nhiều thơng số đo kiểm dụng cụ thông thường thước kẹp (đường kính, mơ đun, hệ số dịch dao, chiều dài pháp tuyến chung…) có tham số khơng thể thực đo thiết bị vạn chẳng hạn góc xoắn đường chuẩn bánh trụ nghiêng Với tham dự vài cảm biến thơng thường thơng số đo với nguyên lý đắn mà không cần đến máy móc chuyên dụng, hiệu mặt kinh tế kỹ thuật lý để nghiên cứu sâu vấn đề Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chương 1: Tổng quan thiết bị đo góc nghiêng bánh 1.1 Đặc điểm truyền dẫn bánh trụ nghiêng Truyền động bánh thực truyền chuyển động tải trọng nhờ ăn khớp bánh Bộ truyền bánh trụ nghiêng dùng để truyền động hai trục song song Bánh răng nghiêng có hướng hợp với đường sinh mặt trụ góc β Đối với truyền bánh thẳng vào ăn khớp cặp tiếp xúc đường, với truyền bánh trụ nghiêng trình vào ăn khớp tiếp xúc điểm sau chạy dọc theo toàn chiều dài Các cặp vào, khớp theo thứ tự cặp phía trước khớp đơi phía sau vào khớp nhiêu Bánh nghiêng ln có hai đơi ăn khớp kể hệ số trùng khớp ngang nhỏ 1.2 Một số phương pháp gia công bánh trụ nghiêng thơng dụng Về ngun lý tạo răng, chia thành hai phương pháp gia phương pháp định hình phương pháp bao hình Phương pháp định hình: phương pháp cắt mà dụng cụ căt có biên dạng lưỡi cắt rãnh Quá trình cắt khơng liên tục cắt cắt rãnh sau phần độ để gia cơng tiếp rãnh khác Phương pháp bao hình: phương pháp cắt mà dụng cụ cắt không cần biên dạng lưỡi cắt rãnh Quá trình cắt diễn liên tục, cắt dụng cắt lăn tương đối vành bánh gia công quỹ tích đường bao dụng cụ cắt prôfin thân khai bánh gia công 1.2.1 Phay nh hỡnh Phay ph-ơng pháp định hình đ-ợc tiến hành dao phay định hình mà prôfin phù hợp với prôfin rÃnh Khi phay bánh trụ nghiêng, việc gá dao chi tiết nh- phân độ để cắt hết phải quay bàn máy góc phù hợp với góc nghiêng S húa bi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 1.1: Sơ đồ gia công bánh trụ nghiêng dao phay a mụ un Để tạo đ-ợc nghiêng cần thực đồng chạy dao bàn máy chuyển động quay đầu phân độ cách nối trục vitme bàn máy thông qua bánh thay với trục truyền động đầu phân độ Khi quay bàn máy cần ý chiều nghiêng chi tiết: nghiêng trái bàn máy quay theo chiều đồng hồ nhìn từ xuống nghiêng phải quay bàn máy ng-ợc chiều đồng hồ 1.2.2 Phay lăn Phay lăn ph-ơng pháp phay bánh theo nguyên lý bao hình Bánh nghiêng phay ph-ơng pháp phay lăn để đảm bảo cho đoạn xoắn vít dao vùng cắt trùng với ph-ơng chi tiết gia công phải gá trục dao làm với mặt đầu chi tiết mét gãc cho: ω = β0 ± γ d Với, 0: góc nghiêng vòng chia bánh gia công : góc nâng vòng chia cđa dao d Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ .Hình 1.2: Sơ đồ gá dao phay lăn bánh trụ nghiêng a) Bánh nghiêng phải, dao xoắn phải b) Bánh nghiêng trái, dao xoắn trái H-íng ch¹y dao Sd song song víi trục chi tiết nên phay lăn bánh nghiêng, phôi phải có chuyển động quay bổ sung để h-ớng dao lăn trùng với h-ớng gia công Chuyển động đ-ợc thực nhờ truyền dẫn vi sai đà đ-ợc thiết kế xích truyền ®éng cđa m¸y Hình 1.3a: Chuyển động dao phay ln rng thng Khi phay lăn bánh thẳng, dao tịnh tiến đoạn Si gia công đ-ợc đoạn thẳng từ Do đó, gia công bánh nghiêng ta phải cho phôi thêm chun ®éng quay cho víi Si ®ã dao sÏ c¾t tõ → 2’ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 1.3b: Chuyển động dao phay ln rng nghiờng Nh- vậy, dao chạy thẳng đứng đ-ợc đoạn L b-ớc xoắn nghiêng chuyển động quay bàn máy mang chi tiết gia công phải quay nhanh thêm (nếu dao h-ớng bánh gia công chiều) chậm (nếu dao h-ớng bánh gia công ng-ợc chiều) vừa vòng (t-ơng ứng với tổng số Zc cần gia công) Nếu nh- chuyển động bàn máy đ-ợc nhanh thêm (hay chậm đi) b-ớc dao phay phải dịch qu·ng ®­êng S’: L π.D0 cot gβ = ZC ZC S = Sau bàn máy quay vòng dao phay dịch chuyển đ-ợc đoạn S ht; đó, quay bàn máy đ-ợc nhanh thêm (hay chậm đi) góc t-ơng ứng với số Z: Z = S ht Z C S ht = S ' .D0 cot g Sht: l-ợng chạy dao h-ớng trục Do đó, bánh chia phải đ-ợc điều chØnh thµnh: Z’ = ZC ± ΔZ = ZC ± Z C S ht Z C S ht = ZC ( ± ) π.D0 cot gβ π.D0 cot g Vậy, phay lăn nghiêng cần đảm bảo tỷ số truyền dao chi tiết là: i= nd Z ' Z C S tgβ = = ( ± ht ) nc Z d Z d π.D0 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.2.3 Xc bao hỡnh Xọc bao hình chất dụng cụ cắt bánh mà mặt đầu đ-ợc tạo thành mặt tr-ớc mặt bên tạo thành mặt sau l-ỡi cắt Trong trình gia công, dụng cụ cắt chuyển động cắt theo h-ớng dọc trục bánh với chi tiết có chuyển động quay c-ỡng Khoảng cách trục dụng cụ cắt chi tiết gia công khoảng cách tâm cặp bánh t-ơng tự ăn khớp khe hở Tốc độ vòng dụng cụ cắt chi tiết gia công phải tuân theo tû sè: nc Z d = nd Z c Trong đó: nc, nd số vòng quay chi tiết gia công dụng cụ cắt Zc, Zd số chi tiết gia công dụng cụ cắt Xọc dao xọc dạng bánh dựa nguyên tắc chuyển động t-ơng hỗ dao chi tiết Dao xọc chi tiết gia công đ-ợc quay c-ìng bøc xung quanh trơc cđa chóng theo h-íng ng-ợc gia công bánh ăn khớp h-ớng gia công bánh ăn khớp Dao thực chuyển động lên xuống V chuyển động xoắn để cắt gọt gia công nghiêng Khi dao xuống thực tách phoi chuyển động trở lại hành trình chạy không Chi tiết có chuyển động vào để dao không cà vào mặt đà gia công chạy kh«ng Hình 1.4: Sơ đồ xọc nghiêng Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Tuy nhiªn, cịng xọc đ-ợc bánh nghiêng dao có nghiêng với bạc dẫn nghiêng t-ơng ứng H-ớng nghiêng dao xọc phải hay trái, dao nghiêng phải đ-ợc dùng để gia công nghiêng trái ng-ợc lại Khi xọc nghiêng, chuyển động nh- xọc thẳng, phôi có thêm chuyển động quay t-ơng ứng với góc nghiêng 1.3 nh hng ca sai s gúc nghiờng n chất lượng làm việc truyền Bé trun b¸nh nghiêng, không h-ớng theo đ-ờng sinh mà làm với đ-ờng sinh góc Hỡnh 1.5: Cỏc tham số truyền bánh trụ nghiêng Khác với thẳng, bánh nghiêng không vào tiếp xúc toàn chiều dài mà vào khớp dần dần, đ-ờng tiếp xúc lan dần chiều dài răng, đôi phía tr-ớc khớp đôi phía sau vào khớp nhiêu Hình 1.6: Hệ số trùng khớp cặp bánh trụ nghiêng Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Bánh ngiêng có hai đôi ăn khớp kể hệ số trùng khíp ngang ɛ α nhá h¬n (ɛ α = g < 1) miễn đảm bảo hệ số trùng khíp däc ɛ p bt β lín h¬n ɛβ= Víi: bw bw b = tgβ = w sin β > p x pbt π.mn px lµ b-íc däc pn = .mn b-ớc pháp pn = px.sin Trong q trình chế tạo u cầu góc nghiêng β phải có độ xác cao bánh chủ động bị động phải có góc nghiêng β nên chế tạo dao Nếu bánh chế tạo khơng xác bánh ăn khớp bánh nhanh chóng bị hỏng ma sát lớn, chí làm hỏng hay gẫy trình truyền động truyền không làm việc hay làm vic khụng hiu qu Vì chế tạo bánh yêu cầu độ xác góc nghiêng rÊt cao Khi lắp truyền động bánh nghiêng cần phải đo đặc xác góc nghiêng β trước đưa vào làm việc 1.4 Kỹ thuật thiết bị kiểm tra thông số bánh trụ 1.4.1 Đo dụng cụ vạn Khi kiểm tra bánh ta thường dùng hai phương pháp: - Đo, kiểm tra thông số kích thước hình dạng nhằm phát ngun nhân gây nên sai số từ điều chỉnh cách thích hợp để đạt độ xác q trình gia cơng Các thơng số góp phần cho q trình chế tạo lại bánh bánh bị hỏng - Đo, kiểm tra tổng hợp nhằm đánh giá chất lượng khả sử dụng bánh sau gia công xong bánh sau làm việc thời gian lâu dài Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Một số phương pháp kiểm tra tiêu bánh trụ * Kiểm tra độ đảo vịng chia Hình 1.7: Sơ đồ kiểm tra độ đảo vịng chia * Kiểm tra bước vịng Hình 1.8: Sơ đồ kiểm tra bước vòng a Dụng cụ đo bước vịng b Sơ đồ kiểm tra Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 Thực nghiệm kiểm tra phòng quản lý chất lượng sản phẩm nhà máy diesel Sông Công, vật mẫu sử dụng đo kiểm bánh mẫu Liên Xô với thông số chuẩn khắc laser mặt đầu vành sau: mn = 2.5, z = 44, α = 200 , β = 28058' Hình 3.2: Bánh mẫu Liên Xô sản xuất dùng cho đo kiểm với góc nghiêng β = 28058' Hình 3.3: Đầu đo φ =3.68(mm) dùng đo bánh mô đun mn = 2.5 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 48 Hình 3.4: Thực nghiệm lấy số liệu đo phòng quản lý chất lượng công ty Disoco Đo 30 lần để tính giá trị trung bình kết đo thực theo phương pháp đo nhiều nhiều lần tính giá trị thống kê, giá trị nhận biết là: β = 28056'25" với sai lệch khoảng nhỏ ± 2' Hình 3.5: Kết minh họa lần đo trích từ danh mục kết đo Kiểm nghiệm độc lập thực phòng quản lý chất lượng công ty disoco đơn vị chuyên sản xuất bánh loại máy động lực cho thấy máy đủ điều kiện ứng dụng công nghiệp Kết luận chương Trong chương cho thấy khả làm việc máy đo, đặc biệt độ xác Có thể thấy kết đo phụ thuộc vào yếu tố chất lượng bề mặt bánh đo, độ xác thơng số hình học thân bánh Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 49 đo, độ phân giải hai cảm biến sử dụng máy chất lượng truyền động khí máy đo Có thể rút nhận xét quan trọng bánh mà bề mặt thô độ xác mịn khơng có phương pháp để xác định xác tham số gốc cho dù có trang bị cảm biến với độ phân giải cao Ở bánh mà phôi cắt có chuẩn tinh khơng tốt ảnh hưởng nhiều đến kết đo Với máy trang bị cảm biến đủ độ phân giải cần thiết tính tốn chương 2, có sở để tin độ xác phép đo góc nghiêng đạt tới 8” Nếu sử dụng máy trạng máy thí nghiệm kết hợp với bảng tra tiêu chuẩn góc nghiêng, hồn tồn phát giá trị xác góc nghiêng cần đo Kết luận luận văn Máy đo góc nghiêng sản phẩm điện tử phục vụ đo lường chế tạo máy, thiết bị sử dụng nguyên lý động học đắn sở tái q trình gia cơng đường răng, đề tài chứng tỏ tính hiệu quả, tiện ích việc đưa điện tử điều khiển tự động vào khí khía cạnh xây dựng hệ thống đo lường độ xác cao Ý nghĩa khoa học luận văn chỗ chấp nhận đưa điện tử điều khiển tự động vào khí, có nhiều lĩnh vực góp mặt sản phẩm làm cho lượng kiến thức cần tìm hiểu nhiều song toán dễ so với để đạt hiệu tương tự thiết bị điện tử Hướng phát triển luận văn phát triển máy đo chức thành máy đo có khả kiểm tra đồng thời nhiều tham số tổng hợp khác lần gá vật đo Sản phẩm cấp giấy chứng nhận ứng dụng vào sản xuất công ty Disoco nguyên công kiểm tra bánh thành phẩm đo xác định thông số bánh cũ phục hồi sửa chữa Do mục tiêu đặt đề tài hồn thành khía cạnh lý thuyết ứng dụng thực tiễn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ mơn Máy & Tự động hóa (2004), Bài giảng Máy chun dùng chun mơn hóa, Thái Nguyên Nguyễn Hữu Công (2000), Kỹ thuật Đo lường, Nxb Giáo Dục, Hà Nội, tr 17-24 Bộ môn Cơ điện tử (2011), Bài giảng Cảm biến cấu chấp hành, Nhà xuất Lao Động – Xã Hội Bộ môn Cơ điện tử (2011), Bài giảng Thiết kế hệ thống điện tử, Nhà xuất Lao Động – Xã Hội Bộ môn Cơ điện tử (2011), Bài giảng Cơ điện tử, Nhà xuất Lao Động – Xã Hội B.Heimann; W Gerth; K Popp Cơ điện tử, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 2008 Phạm Thành Long (2012), Thiết kế máy đo góc nghiêng bánh trụ kiểu điện tử, Tạp chí khí Việt Nam, tr 19 – 24 Tiếng Anh Devdas Shetty and Rechard A Kolk (2011), Mechatronics system design, PWS Publishing Company Simple techniques for measuring the base helix angle of involute gears, C Innocenti University of Modena and Reggio EmiliaModena, Italy 12 th IFT oMM world Congress, Besancon, Jun 18 -21, 2007 Townsend, D.P.,Dudley’s Gear Handbook, McGraw-Hill, NewYork, ISBN 0-07017903-4, 1992 Gear Design, Manufacturing and Inspection Manual, SAE,Warrendale, PA, vol AE-15, ISBN 1-56091-006-2, 1990 Regalado I and Lopez R., Reverse Engineering of Pure InvoluteCylindrical Gears Using Conventional Measurement Tools, Gear Technology,pp 32-35, Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 51 Jan./Feb., 2000 Qiu Zurong, Shi Zhaoyao and Li Yan, “The Research of Machinery Manufacturing Measurement Technology,” China Engineering Science, vol 12, pp 13-19,October, 2010 Huang T N, “The development of gear integrated errormeasurement in China,” Proceedings of Inter Conf of Gearing: Academic, pp.25–31 2010 Shi Xuemei, “Measurement and Evaluation of Involute Cylindrical Gear based on Gear Measurement Center,” CA: University Science, 2009 Ling, P H K The application of microprocessors and optical linear transducers to gear testing machines MPhil thesis, University of Huddersfield, 1991 10 Ling, P H K., Munro, R G and Pearson, H The base disc involute gear tester: a new system to improve versatility in use and presentation of profile deviations British Gear Association Technical Congress, November 1992 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 52 PHỤ LỤC CỦA LUẬN VĂN Chứng nhận ứng dụng thiết bị vào sản xuất Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 53 Code chương trình vi xử lý trung tâm ////////// - Ngat - /////////////////////// volatile int state1 = HIGH; volatile int flag1 = HIGH; volatile int state2 = HIGH; volatile int flag2 = HIGH; int count1 = 0,count2 = 0; float D,D_vtri; float angle,kq_do,kq_phut,kq_giay; int degree ,minutes ,seconds; char buf[10]; /////////////////////////////////////////////// #include //E:\Installations\Embeded systems\Stellarino\energia0101E0010\hardware\lm4f\libraries\LCD\LCD.h #define pENC1 PA_4 #define pENC2 PA_2 #define DC_DIR PB_3 #define DC_PWM PC_4 ////////////////////////////////////////////////// #define KEY2 PB_5 #define KEY1 PB_0 #define KEY4 PB_1 #define KEY3 PE_4 int Keyp=0; void Key1x4_init(){ pinMode(KEY1, INPUT_PULLDOWN); pinMode(KEY2, INPUT_PULLDOWN); pinMode(KEY3, INPUT_PULLDOWN); pinMode(KEY4, INPUT_PULLDOWN); } // float Caculate_beta(int d, int x1, int x2){ float kq=0; if((x1>0)&&(x2>0)&&(d>0)){ kq=(9*PI*d*x2)/(100*x1); kq=180*atan(kq)/PI; return kq; }else return 0; } // int MODE=0; int main_cnt=0, Run_time_out; int after_point, D_vtri_value; float D_tmp,D_old; Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 54 ////////////////////////////////////////////////// void setup() { after_point=D_vtri_value=0; D_old=D_tmp=0; LCD.init(PE_2, PE_1, PD_3,PD_2, PD_1, PD_0 ); LCD.print("1:0", 1, 1); LCD.print("2:0", 1, 9); LCD.print("MODE L R CLEAR", 2, 1); //pinMode(PUSH1, INPUT_PULLUP); //pinMode(PUSH2, INPUT_PULLUP); pinMode(pENC1, INPUT_PULLUP); pinMode(pENC2, INPUT_PULLUP); pinMode(DC_DIR, OUTPUT); pinMode(DC_PWM, OUTPUT); digitalWrite(DC_DIR, 1); digitalWrite(DC_PWM, 1); pinMode(GREEN_LED, OUTPUT); pinMode(BLUE_LED, OUTPUT); digitalWrite(GREEN_LED, state1); digitalWrite(BLUE_LED , state2); attachInterrupt1(pENC1, fENC1, CHANGE); // Interrupt is fired whenever button is pressed attachInterrupt2(pENC2, fENC2, CHANGE); // Interrupt is fired whenever button is pressed Key1x4_init(); attachInterrupt3(KEY1, fKEY1, FALLING); // Interrupt is fired whenever Key press attachInterrupt(KEY4, fKEY4, FALLING); flag1 = HIGH;flag2 = HIGH; count1=1;count2=1; MODE=0;angle=0; main_cnt=0;Run_time_out=0;Keyp=1; Serial.begin(9600); D_tmp=D; } void loop() { // LCD.clear(); // LCD.print("T A N", 1, 1);//hang - cot // delay(500); // LCD.print("Hay qua", 1, 5); // delay(500); // MODE - LEFT - RIGHT - CLEAR Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 55 //Key1x4_get(); //LCD.print(Keyp, 1, 10); switch(Keyp){ case 1:if(++MODE>2)MODE=0; //LCD.print("Mode=1 ", 2, 1); switch(MODE){ case 0:// normal detachInterrupt(KEY2); detachInterrupt(KEY3); LCD.print("1: ", 1, 1); LCD.print("2:", 1, 9); LCD.print(count1,1,3);LCD.print(count2,1,11); LCD.print("MODE L R CLEAR", 2, 1); pinMode(KEY2, INPUT_PULLDOWN); pinMode(KEY3, INPUT_PULLDOWN); break; case 1:// input R: print detachInterrupt(KEY2); detachInterrupt(KEY3); LCD.clear();sprintf(buf,"%6.2f ", D); LCD.print("D(mm)=0 ", 1, 1);LCD.print(buf,1,7); LCD.print("MODE Up >> CLEAR", 2, 1); attachInterrupt(KEY2, fKEY2, FALLING); attachInterrupt(KEY3, fKEY3, FALLING); break; case 2: // Luu gia tri nhap D luc truoc: D=D_tmp; // Display detachInterrupt(KEY2); detachInterrupt(KEY3); LCD.print("MODE L R ", 2, 1); pinMode(KEY2, INPUT_PULLDOWN); pinMode(KEY3, INPUT_PULLDOWN); break; } break; case 2:// LCD.print("Mode=2 ", 2, 1); switch(MODE){ case 0:// Quay trai Quay_Trai(); break; case 1:// Nhap R: +1 //D++; if(after_point==0){ if(++D_vtri>10)D_vtri=0; // Tang so tai vi tri len 1, hay la dau cham }else{ Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 if(++D_vtri>9)D_vtri=0; // Tang so tai vi tri len 1, hay la dau cham } if(after_point>0){ if(D_vtri