Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh răng trụ răng nghiêng (helical gears)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRỌNG ĐẠI KHẢO SÁT VẾT TIẾP XÚC CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG ( HELICAL GEARS ) Chuyên ngành : Công nghệ chế tạo máy Mã số: 60 52 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS- Nguyễn Tuấn Kiệt (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN TRỌNG ĐẠI MSHV:10040416 Ngày, tháng, năm sinh: 13/1/1987 Nơi sinh: Gò Vấp Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số : 60 52 04 I TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng ( helical gears ) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan, Cơ sở lý thuyết Giải toán lý thuyết cặp bánh trụ nghiêng ăn khớp để tìm vết tiếp xúc Kiểm chứng mơ hình thật phần mềm tính toán Kết luận hướng phát triển III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) Luận văn thạc sĩ Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng LỜI CẢM ƠN Trước hết xin gửi lời cảm ơn đến cha mẹ chị hai động viên trình học tập, thực luận văn Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Tuấn Kiệt định hướng bảo kịp thời để em hồn thành luận văn tiến độ Bên cạnh em xin gửi lời cảm ơn đến tồn thể q thầy mơn Chế Tạo Máy trường Đại Học Bách Khoa, TP-HCM dạy em suốt trình học tập Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa khí trường Đại Học Cơng Nghiệp gánh vác cơng việc để em có nhiều thời gian thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn đến anh Nguyễn Duy Ngọ ban quản lý xí nghiệp Z751 hỗ trợ em trình thực mơ hình luận văn TP HCM, Ngày tháng năm Nguyễn Trọng Đại GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn tập trung vào việc khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng trình ăn khớp Qua phương trình tốn học bề mặt răng, tác giả sử dụng phần mềm PoE 5.0 để mơ hình hóa bề mặt, từ thấy biến đổi đường tác động trình ăn khớp Theo nghiên cứu lý thuyết cặp bánh nghiêng ăn khớp theo đường, sai số chế tạo lắp rắp nên tiếp xúc hai bề mặt tiếp xúc điềm Điểm tiếp xúc chạy đường ăn khớp trình ăn khớp, có độ lớn hướng phụ thuộc vào độ cong bề mặt bánh độ lớn lực tác dụng Để đánh giá kết tính tốn lý thuyết tác giả có kiểm tra đối chiếu kết phần mềm Ansys WorkBench 12.0, Inventor 11 mô hình thực nghiệm Qua việc khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng từ ta tiến hành cạo sửa bề mặt bánh trụ thẳng, nghiêng Để truyền làm việc giảm ồn GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng SUMMARY MASTER THESIS Dissertation focused on the exposure survey marks helical gears pair during tilting match Through mathematical equations of tooth surfaces, the authors use PoE 5.0 software for surface modeling, which shows the variation of the impact during the match According to theoretical studies, the pair of gears that fit the way inclined, but due to manufacturing errors and assembly should be exposed between the two surfaces are tangential This contact point on the road in the process of fitting suits, with the magnitude and direction depends on the gear surface curvature and magnitude force To evaluate the results of theoretical calculations by the authors examine and compare the results with ANSYS Workbench 12.0 software, Inventor 11 and experimental models Through the survey tracks the exposure of a helical gears pair which we can proceed shaving surface modified spur gears and helical gears Working to reduce noise transmission GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Tơi xin cam đoan tồn nội dung luận văn tự thực chưa báo cáo đâu Nếu có sai trái tơi xin chịu hình thức nhà trường GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tạp chí báo khoa học 1.2 Luận văn thặc sĩ, tiến sĩ 1.3 Nhận xét CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Thơng số hình học bánh nghiêng 2.2 Phương trình bề mặt bánh trụ nghiêng 11 2.3 Mối quan hệ vận tốc 15 2.4 Điều kiện ăn khớp bề mặt bánh 17 2.5 Độ cong hướng bề mặt 20 2.6 Mối quan hệ độ cong bề mặt liên hợp ăn khớp 23 2.7 Ellipse tiếp xúc 30 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TÍNH TỐN CHO CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG 40 3.1 Khảo sát trình ăn khớp cặp bánh trụ nghiêng với hai trục song song 40 3.2 Mơ hình hóa bề mặt bánh 46 3.3 Tính tốn độ cong ellipse tiếp xúc 57 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MƠ HÌNH KIỂM NGHIỆM VẾT TIẾP XÚC 65 4.1 Sử dụng phần mềm inventor 11 thiết kế, lắp ráp mô hình kiểm nghiệm vết tiếp xúc 65 4.2 Quá trình chế tạo mơ hình 67 GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG PHẦN TỬ HỮU HẠN TÍNH TỐN VẾT TIẾP XÚC 70 5.1 Lý thuyết hertz 70 5.2 Tính tốn vết tiếp xúc cho cặp bánh trụ thẳng 71 5.3 Tính tốn vết tiếp xúc cho cặp bánh trụ nghiêng 76 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 84 6.1 Kết nghiên cứu 84 6.2 Hướng phát triển 85 Tài liệu tham khảo 86 Phục lục 89 GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tạp chí báo khoa học 1.1.1 Tạp chí [25] 1)Sự khám phá hình học bánh cung trịn (Wildhaver-Novikov) Phương pháp tiếp cận: Việc tính tốn so sánh cặp bánh thân khai bánh cung trịn với kích thước, cho thấy tổng diện tích tiếp xúc cung trịn lớn diện tích tiếp xúc bánh thân khai Tuy nhiên khác biệt tính tốn ứng suất tiếp xúc cung tròn bánh thân khai khơng lớn dự đốn trước Hình 1.1a Bánh thân khai Hình 1.1b Bánh cung trịn Hình 1.1a,b: Hình ảnh so sánh diện tích tiếp xúc bánh thân khai bánh cung tròn Hình 1.2a Bánh thân khai GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt Hình 1.2b Bánh cung trịn HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt 94 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 95 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Bước 3: Xây dựng toán  Gán vật liệu cho hai bánh Bánh nhôm Bánh thép GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 96 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng  Tiến hành chia lưới hai bánh Tại chỗ tiếp xúc ta chia lưới mịn với kích thước phần tử 0,2 ( mm ) GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 97 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Kết chia lưới  Điều kiện biên toán, Theo tài liệu [21] GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 98 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Bước 4: Chạy mô ta kết vết tiếp xúc bánh nghiêng GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 99 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng B SỬ DỤNG INVENTOR 11 PHÂN TÍCH ỨNG SUẤT CHO CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG Bước 1: Tạo mơ hình cặp bánh nghiêng Bước 2: Chuyển sang mơi trường phân tích ứng suất Bước 3: Gán vật liệu cho bánh GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 100 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Bước 4: Xác định điều kiện biên - Cố định bánh nhôm - Khống chế chuyển động tịnh tiến theo trục Z bánh thép GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ - 101 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Khống chế chuyển động tịnh tiến theo trục x, y bánh thép Bước 5: Đặt moment vào bánh thép GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 102 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Bước 6: Điều kiện tiếp xúc hai bánh Bước 7: Tiến hành chia lưới hai bánh - Chia lưới tự cho hai bánh GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ - 103 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Chia lưới mịn hai bề mặt tiếp xúc Bước 8: Chạy mô Kết GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 104 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng C KIỂM NGHIỆM VẾT TIẾP XÚC BẰNG PHẦN MỀM WOLFRAM Bước 1: Khởi động phần mềm Wolfram có kết nối internet Bước 2: Nhập bán kính mặt cầu thứ GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 105 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Bước 2: Nhập bán kính mặt cầu thứ GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 106 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Bước 3: Khai báo vật liệu lực tác dụng Bước 4: Kết GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 107 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Theo tài liệu [24] GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại Luận văn thạc sĩ 108 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Trọng Đại Ngày, tháng, năm sinh: 13/1/1987 Nơi sinh: Gò Vấp Địa liên lạc: 632 Phạm Văn Bạch, Gị Vấp, TP.HCM Q TRÌNH ĐÀO TẠO 2010-2012 Học cao học trường Đại Học Bách Khoa, TPHCM QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC 2010- 2012 Dạy học trường Đại Học Công Nghiệp, TP.HCM GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại ... xúc cặp bánh trụ nghiêng CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG LÝ THUYẾT TÍNH TỐN VẾT TIẾP XÚC CHO CẶP BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG NGHIÊNG 3.1 Khảo sát trình ăn khớp cặp bánh trụ nghiêng với hai trục song song Phương pháp tiếp. .. Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG PHẦN TỬ HỮU HẠN TÍNH TỐN VẾT TIẾP XÚC 70 5.1 Lý thuyết hertz 70 5.2 Tính tốn vết tiếp xúc cho cặp bánh trụ thẳng 71 5.3 Tính tốn vết. .. Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng Luận văn thạc sĩ Hình 2.2.2 Mặt cắt ngang bánh nghiêng GVHD: TS-Nguyễn Tuấn Kiệt HVTH: Nguyễn Trọng Đại 13 Khảo sát vết tiếp xúc cặp bánh trụ nghiêng