Trong phạm vi bài báo này, tác giả giới thiệu về lý thuyết tạo hình của bánh răng hypoit, cùng với các bước xây dựng phần mềm tự động tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng hypoit.. Phầ[r]
(1)NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT TẠO HÌNH VÀ XÂY DỰNG PHẦN MỀM
TỰ ĐỘNG THIẾT KẾ BÁNH RĂNG HYPOIT
Phan Bình Ngun1
Tóm tắt: Hiện nhu cầu thiết kế chế tạo truyền bánh hypoit để thay trong ngành máy xây dựng, vận tải ngày lớn Việc ứng dụng máy tính vào hỗ trợ thiết kế gia cơng cịn hạn chế dẫn đến hiệu chất lượng chưa cao
Trong phạm vi báo này, tác giả giới thiệu lý thuyết tạo hình bánh hypoit, với bước xây dựng phần mềm tự động tính tốn thiết kế truyền bánh hypoit Phần mềm này sở quan trọng để nâng cao suất, chất lượng thiết kế để đưa thông số cho phép điều khiển máy máy công cụ CNC gia cơng bánh
Từ khóa:bánh hypoit, lý thuyết tạo hình bánh hypoit, VBA I Đặt vấn đề
Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ kinh tế thiết bị vận tải máy xây dựng sử dụng ngày nhiều Hệ thống truyền động loại ôtô, máy xây dựng đa phần sử dụng bánh côn cong hypoit hệ Gleason cụm cầu sau
Trải qua trình sử dụng nhu cầu thay truyền lớn, thiết kế chế tạo truyền cần thiết Việc sâu nghiên cứu lý thuyết ăn khớp bánh hypoit, xây dựng phần mềm hỗ trợ thiết kế giúp nâng cao hiệu quả, chất lượng thiết kế chế tạo truyền
II Cơ sở lý thuyết nguyên lý tạo hình bề mặt răng
2.1 Nguyên lý gia công bánh răng côn
cong hypoit hệ Gleason
Nguyên lý gia công bánh côn cong hypoit hệ Gleason dựa theo nguyên lý ăn khớp cưỡng bánh dẹt sinh tưởng tượng phôi bánh Phôi bánh định vị máy cho lăn bề mặt bánh dẹt sinh bề mặt bao bề mặt bánh dẹt sinh
Hình 2.1 minh họa bánh dẹt sinh Hình 2.2 phận máy gia cơng bánh răng cong hypoit
2.2 Lý thuyết tạo hình bề mặt biên dạng răng bánh răng
2.2.1 Tạo hình bề mặt theo nguyên lý
bao hình
Sự tạo hình bề mặt bánh bề mặt dụng cụ cắt dựa thuyết bao hình họ bề mặt (hoặc bao hình họ đường với không gian chiều trường hợp bánh phẳng) Chúng ta sử dụng kí hiệu 1 2 cho bề mặt tạo hình (bề mặt dụng cụ) bề mặt tạo hình (bề mặt bánh răng) Hệ tọa độ S1, S2, Sf gắn cứng với 1, 2 máy gia công (trên máy có trục quay 1 2 – trục mang dụng cụ, trục mang phôi bánh răng)
1 biểu diễn bởi:
1
1 , , 0, , (2.1)
r r
u C u E
r
u
(2.1) Trong C1 thể r1
có đạo hàm riêng liên tục theo u r1 r1
u
thể
1 bề mặt qui
(2)Hình 2.2 Các thiết lập máy gia công Sử dụng phép chuyển hệ tọa độ từ S1 sang S2 có phương trình họ bề mặt 1 biểu diễn S2 là:
2 , , , , , , , , , , (2.2)
T
u x u y u u
r z
(2.2) Trong tham số chuyển động tạo hình Khi khơng đổi, phương trình phương trình bề mặt 1 biểu diễn hệ tọa độ S2
Bao hình 2 tiếp xúc với tất mặt họ 1 Bề mặt 2 nghiệm hệ (điều kiện cần đề tồn bao hình):
2
2 2
, ,
, ,
u r
r r r
f u u (2.3)
2.2.2 Điều kiện đủ để tồn bao hình
Điều kiện đủ để tồn bao hình họ bề mặt đảm bảo bao hình tồn thực sự, mặt mặt tiếp xúc với bề mặt họ1 bề mặt qui (khơng có điểm kì dị) Những điều kiện trình bày Zalgaller (1975) bổ sung Litvin (1968, 1994) để ứng dụng vào lý thuyết ăn khớp [5]
Cho bề mặt tạo hình qui 1 biểu diễn hệ tọa độ S1 bởi:
1
1 , , 0, ,
r r
u C u E
r u
Họ bề mặt 1 S2 kí hiệu
biểu diễn bởi: r2u, , ,a b
Giả sử điểm M u 0,0,0 thỏa mãn điều kiện sau:
2 . , , 0,
r r r
f u f C
u
Hoặc r1 r1 v(12) f u , ,
u
2 u
f f
(12)
1 1
1
2
(12)
1 1
, ,
u
f f f
r r r
r u
g v
u u u
r r r r
v u
Khi bao hình họ 1 tồn miền lân cận điểm M biểu diễn bởi:
2 u, , ,f u, ,
r
Việc sâu vào nghiên cứu trình tạo hình bề mặt biên dạng cho phép hiểu rõ chuyển động tạo hình, cách điều chỉnh máy để đạt chuyển động Nắm vững thông số điều chỉnh máy, thông số hình học bánh răng cong tiền đề để tạo chương trình tự động tính toán thiết kế truyền
III Xây dựng phần mềm tự động thiết kế bộ truyền bánh hypoit
Trên giới xuất nhiều phần mềm cho phép thiết kế điều khiển máy phục vụ cho việc chế tạo bánh côn cong, bật phải kể đến HyGears hãng Gleason Tuy nhiên phần mềm thường kèm với máy giá thành cao
Ở nước ta khâu thiết kế bánh côn cong phải thực phương pháp tính tốn thủ cơng chưa có phần mềm chuyên dụng phục vụ cho công tác thiết kế chế tạo Để khắc phục tình trạng này, ứng dụng máy vi tính vào thiết kế bánh côn cong hypoit (CAD) Việc ứng dụng CAD mở hướng để sử dụng gia cơng với hỗ trợ máy tính (CAM) để sản xuất bánh côn cong hypoit nước
(3)3.1 Xây dựng hệ sở dữ liệu
Quá trình thiết kế truyền bánh hypoit gồm bước sau: (1) Tính tốn thơng số hình học – (2) Kiểm nghiệm điều kiện bền – (3) Hiệu chỉnh để đạt yêu cầu tiến hành vẽ cặp bánh
3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán giải thuật
Để tự động tính tốn thiết kế truyền bánh hypoit theo hệ Gleason cần phải thực theo nội dung sau:
(1) Nhập liệu ban đầu – (2) Tính tốn, xử lí liệu – (3) Thể kết hình vẽ
Với nội dung nêu trên, lưu đồ thuật tốn chương trình có dạng hình 3.1
3.3 Lập chương trình
Chương trình gồm hai mơđun là: (1) Tự động hóa tính tốn thơng số hình học kiểm tra bền truyền
Tự động hóa q trình vẽ vẽ bánh răng cong hypoit hệ Gleason
Hình 3.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình
Sai
Đúng Đúng
Sai
Sai
Đúng
Nhập số liệu đầu vào
(n,N, rC, , D, , FG, , E, hướng xoắn)
Tính tốn điều chỉnh số liệu vào
(mG, góc chia, góc dịch, chiều dài trung bình …)
Tính tốn thơng số hình học truyền
Tính ứng suất tiếp xúc Sc ứng suất uốn St
Tính ứng suất cho phép Swc Swt
Tạo tệp liệu cho việc tạo vẽ thiết kế
Kiểm tra số
liệu đầu vào
Sc < Swc
St < Swt
Tạo tệp liệu phục vụ điều chỉnh máy gia công
Dữ liệu vẽ
Kiểm tra tính lơgic
số liệu vẽ
Mở tệp AutoCAD
Thiết lập đối tượng vẽ bản: lớp, màu nét vẽ, kiểu chữ, kiểu ghi kích thước
(4)Cơng cụ thiết lập: Chúng ta chọn Microsoft Excel để hỗ trợ tính tốn làm để xây dựng phần mềm, chọn môi trường AutoCAD để thể vẽ thiết kế Sử dụng Visual Basic for Application (VBA) được tích hợp sẵn mơi trường Excel AutoCAD để lập trình
Thiết lập phần tự động hóa tính tốn: Các phần số liệu đầu vào, tính tốn điều chỉnh, tính tốn thơng số hình học, kiểm tra bền bố trí sheet khác
Thiết lập phần xuất vẽ tự động: Sử dụng VBA Automation để liên kết phần tính tốn Excel phần vẽ AutoCAD Hình 3.2 thể mơ hình tham chiếu từ VBA Automation đến hai ứng dụng Excel (ExcelApp) AutoCAD (AcadApp) Dưới trích dẫn đoạn code chương trình
'Mở tệp AutoCad On Error Resume Next
Set AcadApp = GetObject(, "AutoCAD.Application") If Err <> Then
Err.Clear Set AcadApp =
CreateObject("AutoCAD.Application") End If
AppActivate AcadApp.Caption, vbMaximizedFocus AcadApp.Visible = True
'Tạo kiểu chữ Style "Standard"
Set TxtStyleObj =
AcadApp.ActiveDocument.TextStyles.Item("Standard") TxtStyleObj.SetFont ".VnArial", False, False, 0, 34
'Tạo lớp có tên Duongtam để vẽ If Duongtam Is Nothing Then
Set Duongtam =
AcadApp.ActiveDocument.Layers.Add("Duongtam")
End If
Duongtam.Color = acRed
'Vẽ đoạn thẳng Set DoanthangL(1) =
AcadApp.ActiveDocument.ModelSpace.AddLine(Diem1 P, Diem4P)
Bảo mật: Bảo mật đóng vai trị quan trọng, nhằm để tránh người dùng sửa đổi sử dụng liệu quan trọng chương trình Ở sử dụng đồng thời hai cách là: bảo mật bảng tính bảo mật VBA
Hình 3.2 Mơ hình tham chiếu từ VBA đến đối tượng Excel AutoCAD 3.4 Chạy thử, kiểm tra kết phần mềm
Sau chạy thử ta có bảng so sánh số thơng số chính:
Bảng tóm tắt kết phần mềm
Thông số Kết của
chương trình (hệ SI)
Kết của chương trình (hệ Anh)
Số liệu kiểm chứng [2] FP = 46,73579 FP =1,840 FP =1,840
Chiều rộng vành
FG = 40,64000 FG =1,600 FG = 1,600
Lượng dịch hypoit E = 38,10000 E =1,500
=200 =200
1=15,498500 1=15,4980
Góc ăn khớp
Mặt lõm bánh nhỏ
(5)65.0 739°
60.83 96°
66.66 41°
30.4800
8.3 39
2
4
2
.7
3
9
0
1
6
.6
3
1
0
192.0000 193.7435
20 75 78 °
23 71 80 °
27 82 43 °
34.2 464
106.6723 22.2192
11.4 666
9
3
.7
3
1
7
1
0
4
.0
5
2
4
Hình 3.3 Kết phần mềm dạng vẽ IV Kết luận
Như ta xây dựng phần mềm tự động tính tốn thiết kế truyền bánh côn cong hypoit hệ Gleason với mức độ xác đạt yêu cầu Phần mềm giúp nâng cao
hiệu quả, chất lượng thiết kế truyền Đây sở để ta phát triển tích hợp thơng số điều chỉnh máy gia cơng bánh dẫn đến hồn thiện qui trình từ thiết gia cơng truyền
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Alec Stokes(1992), SAE Manual Gearbox Design, Butterworth - Heinemann Ltd [2] ANSI/AGMA 2005-D03, Design Manual for Bevel Gears, AGMA
[3] ANSI/AGMA 2003-B97, Rating The Pitting Resistance And Bending Strength Of Generated Straight Bevel, Zerol Bevel and Spiral Bevel Gear Teeth AGMA
[4] Faydor L Litvin, Alfonso Fuentes, Gear Geometry and Applied Theory, Cambridge University Press, New York
[5] Faydor L Litvin, Development of Gear technology and Theory of Gearing, NASA RP 1406 [6] Nguyễn Ngọc Mai, Microsoft Visual Basic 6.0 & Lập trình CSDL, Nxb Giáo dục, Hà Nội [7] Phan Bình Nguyên (2011), Luận văn thạc sỹ khoa học, Nghiên cứu lý thuyết ăn khớp
cặp bánh hypoid, xây dựng phần mềm tự động tính tốn thiết kế truyền bánh côn cong dạng hypoid, Đại học Bách khoa Hà Nội
[8] Nguyễn Hồng Thái, Cơ sở lập trình tự động hóa tính tốn, thiết kế với VB&VBA môi trường AutoCAD, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội
Abstract:
RESEARCHING ON THEORY OF GENERATION AND BUILDING SOFTWARE TO DESIGN HYPOID GEAR
Currently, in construction industry and transportation industry there is a great need for designing and machining new hypoid gear to replace gear sets which are out of order Because computers are used very little in aided design and manufacturing, the performance and quality are not high
In this paper, the author introduces the theory of generation of hypoid gear, and the procedure of software building to design hypoid gear This software is the important basic to improve efficiency and quality of design as well as to expose parameters which are used in set up gear CNC machine tools
Keyword: hypoid gear, the theory of generation of hypoid gear, VBA