Tính toán, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc bằng con lăn biên dạng EPIXYCLÔÍT ứng dụng trong các MODUL quay của ROBOT công nghiệp

Tính toán, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc bằng con lăn biên dạng EPIXYCLÔÍT ứng dụng trong các MODUL quay của ROBOT công nghiệp Tính toán, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc bằng con lăn biên dạng EPIXYCLÔÍT ứng dụng trong các MODUL quay của ROBOT công nghiệp Tính toán, thiết kế, chế tạo hộp giảm tốc bằng con lăn biên dạng EPIXYCLÔÍT ứng dụng trong các MODUL quay của ROBOT công nghiệp

TĨM TẮT Tên đề tài: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CON LĂN BIÊN DẠNG EPIXYCLƠÍT ỨNG DỤNG TRONG CÁC MODUL QUAY CỦA ROBOT CƠNG NGHIỆP Thời gian: Từ 01/09/2013 đến 28/02/2014 Địa điểm: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM  Kết chủ yếu đạt được:  Nghiên cứu nguyên lý hình thành thành lập phương trình biên dạng đĩa Epixyclơít phương pháp biến đổi ma trận  Phân tích lực  Viết phần mềm thiết kế, tính tốn bánh lăn Matlab  Thiết kế chế tạo thực nghiệm hộp giảm tốc bánh lăn biên dạng Epixyclơít ứng dụng robot cơng nghiệp  The primary outcomes achieved:  Research and principles form the equation established by cycloid disc contour method homogenous matrix transformation  Power analysis  Writing software design, calculation roller gear on Matlab  Design and fabrication of experimental gear reducer roller profile cycloidal in industrial robot application MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh mục chữ viết tắt viii Danh mục ký hiệu ix Danh sách hình xii Danh sách bảng xiiii PHẦN I : Mở đầu 15 I Đặt vấn đề 15 II Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 15 III Đối tượng phạm vi nghiên cứu 16 IV Phương pháp nghiên cứu đề tài 16 V Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 16 PHẦN II : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18 Chương I : Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 18 1.1 Lịch sử phát triển 18 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 21 1.3 Phân loại hộp giảm tốc xyclơít 22 1.4 Cấu tạo 23 1.5 Nguyên lý làm việc 25 1.6 Các ứng dụng dụng hộp giảm tốc xyclơít 26 Chương II : Xây dựng biên dạng đĩa cố định xyclơít kiểu epixyclơít 29 2.1 Xây dựng biên dạng epixyclơít 29 2.2 Phương trình đường epixyclơít kéo dài 31 2.3 Sự hình thành biên dạng bánh 33 Chương III : Tính tốn thiết kế truyền bánh lăn kiểu epixyclơít 35 3.1 Lực tác dụng truyền bánh lăn 35 3.1.1 Tính lực FCi (lực tác dụng từ lăn lên đĩa epixyclơít) 36 3.1.2 Tính lực FKj (lực tác dụng từ chốt đầu lên đĩa epixyclơít) 38 3.1.3 Biểu đồ lực tính cho số trường hợp 39 3.2 Tính tốn độ bền tiếp xúc đĩa xyclơít 44 3.2.1 Hằng số đàn hồi vật liệu vật thể tiếp xúc zM 44 3.2.2 Tải trọng riêng tính toán độ bền tiếp xúc qH 45 3.2.3 Các công thức kiểm nghiệm thiết kế cho đĩa xyclơít 49 3.2.4 Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép  H  50 3.2.5 Tính kiểm nghiệm độ bền bánh tải 54 3.3 Tính tốn độ bền lăn chốt trụ 54 3.3.1 Tính lăn chốt trụ độ bền tiếp xúc 54 3.3.2 Tính chốt trục độ bền cắt độ bền uốn 55 3.4 Tính tốn trục chọn ổ lăn 58 3.4.1 Tính trục 58 3.4.2 Tính chọn ổ lăn 62 3.5 Trình tự tính tốn thiết kế truyền 64 Chọn vật liệu 64 Chọn thông số 64 Kiểm nghiệm bánh độ bền tiếp xúc 65 Tính trục vào, bạc lệch tâm chọn ổ lăn lắp đĩa xyclơít 66 Tính chốt trục ra, lăn đầu vào trục 66 Tính chọn ổ lăn lắp trục ra, trục vào với vỏ hộp giảm tốc 67 Chương IV : Phần mềm thiết kế tính tốn 70 4.1 Mục đích 70 4.2 Cấu trúc chương trình 70 4.3 Hướng dẫn sử dụng chương trình 72 4.4 Tính tốn thiết kế truyền hộp giảm tốc lăn Epixyclơít 76 Chương V : Kết luận 79 5.1 Kết luận 79 5.2 Nhận xét 79 5.3 Hướng phát triển để hoàn thiện 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 84 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BMPT : Bề mặt phức tạp CAM : Computer Aided Manufacturing CAD : Computer Aided Design DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Nội dung ý nghĩa  ( 01 , r1 ) : Đường trịn tâm tích tâm 01 , bán kính r1  ( 01 , r1 ) : Đường trịn tâm tích tâm 01 , bán kính r1  ( 01 x1 y1 ) :Hệ trục tọa độ cố định gắn cứng với đường tròn  ( 02 x2 y2 ) :Hệ trục tọa độ gắn cứng với đường tròn  ( 01 , r1 )  ( 01 , 02 )  (02 x3 y3 ) :Hệ trục tọa độ gắn cứng với đường trịn tâm tích sinh  ( , r2 )  : Góc quay trục đầu vào  : Góc quay  ( 02 x2 y2 )  ( 01 x1 y1 )  : Góc quay trục đầu E :Độ lệch tâm trục đầu vào z1 : Số bánh Epixycloit z2 : Số chốt lăn hành tinh z3 : Số chốt trục Z :Số đĩa lăn R2  Fci  Fk j : Bán kính đường trịn qua chốt lăn :Lực tác động từ lăn lên bánh epixycloit F1 : Lực vòng tác động lên đĩa lăn M1 : Momen xoắn trục vào P1 : Công suất trục động : Lực tác động từ đĩa lên chốt đầu n1 : Số vòng quay động bj : Cánh tay địn từ lực Fk tới tâm 01 j :Góc vị trí chốt trục so với phương ngang 01 x1 i :Tỷ số truyền rc : Bán kính chốt lăn Rt : Bán kính vịng trịn qua tâm chốt đầu rp : Bán kính lăn chốt n : Số lăn chịu lực m  j n= Z2  n= Z2 Nếu Z chẵn Nếu Z lẻ : Số chốt trục Z3  m= m= Z3 Nếu m lẻ Nếu m chẵn 12 : Hiệu suất truyền động bánh [ H ] : Ứng suất tiếp xúc cho phép (Mpa) H : Ứng suất tiếp xúc xuất bề mặt đĩa xycloit ZM : Hằng số đàn hồi vật liệu vật thể tiếp xúc qH : Tải trọng riêng tính tốn độ bền tiếp xúc  : Bán kính cong tương đương bề mặt tiếp xúc E1 , E2 : Mô đun đàn hồi vật liệu làm bánh lăn 1, 2 :Hệ số poatxong vật liệu làm bánh lăn da : Đường kính vịng đỉnh đĩa xycloit df : Đường kính vịng đáy đĩa xyloit d : Đường kính vịng chia đĩa xycloit rch : Bán kính chốt trục M : Momen xoắn trục (Mmm) DANH SÁCH CÁC BẢNG NỘI DUNG STT TRANG Bảng 3.1 Trị số hệ số K H  cho truyền bánh lăn 48 Bảng 3.2 Giới hạn bền mỏi tiếp xúc σ 0H lim mặt ứng với số chu kỳ sở 50 Bảng 3.3 Hệ số quy đổi K HE 52 Bảng 3.4 Ứng suất cắt cho phép 56 Bảng 3.5 Ứng suất dập cho phép [  d ] vật liệu ghép then 59 Bảng 3.6 Hệ số tải 64 DANH SÁCH CÁC HÌNH NỘI DUNG STT TRANG Hình 1.1 Bản vẽ mặt cắt hộp giảm tốc xyclơít 17 Hình 1.2 Động cơ-hộp giảm tốc bánh lăn 18 Hình 1.3 So sánh kích thước bao động - hộp giảm tốc xyclơít 19 hộp giảm tốc bánh trụ thơng thường Hình 1.4 Một số loại động - Hộp giảm tốc bánh lăn 20 hãng Hap Dong Hình 1.5 Một số loại động – Hộp giảm tốc bánh lăn 21 hãng sumimoto Hình 1.6 Bánh Epixyclơít 22 Hình 1.7 Bánh HypơXyclơít 22 Hình 1.8 Cấu tạo hộp giảm tốc bánh lăn 23 Hình 1.9 Khai triển hộp giảm tốc bánh lăn 23 Hình 1.10 Mô tả nguyên lý làm việc truyền bánh lăn 25 Hình 1.11 Ứng dụng hộp giảm tốc xyclơít kiểu hypơxyclơít robot 26 Hình 1.12 Robot Kuka sử dụng hộp giảm tốc Xyclơít hãng Nabtesco 26 Hình 1.13 Ứng dụng hộp giảm tốc xyclơít cơng nghiệp 27 Hình 2.1 Xây dựng đường Epixyclơít 29 Hình 2.2 Đường Epicycloit kéo dài đầy đủ 31 Hình 2.3 Đường bao đầy đủ họ vịng trịn bán kính rc 33 Hình 3.1 Lực tác dụng truyền bánh lăn 34 Hình 3.2 Sơ đồ tính góc  i 36 Hình 3.3 Sơ đồ tính bj 37 Hình 3.4 Sơ đồ lực ( FC ) ( FK )   00 39 Hình 3.5 Biểu đồ lực (F C ) θ= 00 40 5.3 Hƣớng phát triển để hoàn thiện:  Tiếp tục nghiên cứu mặt lý thuyết (hiện tượng trượt) ảnh hưởng chất đến biên dạng, ảnh hưởng kích thước động học đến tỷ số truyền Động lực học ảnh hưởng đến khe hở cạnh …  Tiếp tục nghiên cứu mặt thực nghiệm:  Khảo sát sai số chế tạo  Khảo sát sai số lắp ráp  Thử tải để kiểm tra công suất moment 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TIẾNG VIỆT Đinh Gia Tường, Nguyễn Xuân Lạc, Trần Doãn Tiến (1970) Nguyên lý máy Nhà xuất trung học chuyên nghiệp Nguyễn Hồng Thái (2012) Phân tích lực truyền bánh lăn hypơxyclơít Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, chấp nhận chờ đăng năm 2012 Nguyễn Thiện Phúc, Robot công nghiệp, nhà xuất khoa học kĩ thuật (2002) Vũ Lê Huy, Luận văn thạc sĩ, Nghiên cứu tính tốn, xây dựng tiêu đánh giá độ bền bánh lăn (2006) Trịnh Chất, Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy, Nhà sản xuất khoa học kĩ thuật, Hà Nội (2001) Trịnh Chất, Lê Văn Uyến ; Tính tốn thiết hệ dẫn động khí – tập 1,2; Nhà sản xuất giáo dục, Hà Nội (2002) Nguyễn Trọng Hiệp (2002); Chi tiết máy – tập 1-2; Nhà xuất giáo dục, Hà Nội Nguyễn Xuân Lạc; Nguyên lý máy chuyên nghiệp; Nhà xuất Đại Học Bách Khoa Hà Nội (1969) Nguyễn Nhật Thăng, Nhữ Phương Mai; Sức bền vật liệu; Nhà xuất giáo dục, Hà Nội (1997) 10 Nguyễn Ngọc Cường, Luận văn thạc sĩ, Tính tốn, thiết kế chế tạo biên dạng bánh lăn (2013) 11 Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Khắc Kiểm, Nguyễn Trung Dũng, Hà Trần Đức; Lập Trình Matlab; Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội II TIẾNG NƢỚC NGOÀI 12 Piermaria Davoli, Carlo Gorla, Francesco Rosa, Claudio Longoni, Franco Chiozzi, Alessandro Samarani (2007) Theoretical and experimental analysis 81 of a cycloidal speed reducer Proceedings of PTG, ASME 2007 10th ASME International Power Transmission and Gearing Conference September 4-7, 2007, Las Vegas, USA 13 Lucia Pascale, Paul Ciprian Patic, Luminiţa Dută, Adrian Runceanu (2010) modeling and simulation of cycloid curves with application in robotics Fiabilitate si Durabilitate - Fiability & Durability No.2 (6), pp 23 -28 14 Faydor L Litvin (2004) Alfonso Fuentes, Gear Geometry and Applied Theory, Cambridge University Press 15 Yii-Wen Hwang, Chiu-Fan Hsieh (2007) Determination of surface singularities of a cycloidal gear drive with inner meshing Mathematical and Computer Modelling 45, pp 340–354 16 Joong-Ho Shin, Soon-Man Kwon (2006) On the lobe profile design in a cycloid reducer using instant velocity center, Mechanism and Machine Theory 41, pp 596–616 17 Hong-Sen Yan, Ta-Shi Lai (2002) Geometry design of an elementary planetary gear train with cylindrical tooth-profiles Mechanism and Machine Theory 37, pp 757–767 18 Lucia Pascale, Mircea Neagoe, et al….(2011) Generation of the Cycloid curves for industrial robots orientation mechanisms Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty No.1 (15), pp 59 – 65 19 Lucia Pascale, Mircea Neagoe, Dorin Diaconescu, Paul Ciprian Patic (2009) The dynamic modeling of a new cycloidal planetary gear pair with rolles used in robots orientation system Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty, No.1, pp 35 – 39 20 Lucia Pascale, Mircea Neagoe, Dorin Diaconescu (2008) The conceptual design of a new cycloidal planetary gear used in robots orientation system Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty, No.2, pp 87 – 91 III CÁC WEBSITE 21 http://www.sumitomodriveeurope.com/en/motion-control-drives 82 22 http://www.nabtesco.de/en/products/gear-heads 23 http://www.bittinelli.it/it/riduttori-cycloidal CR.html 24 http://cokhicongnghiep.divivu.com/san-pham/28109/135539/DONGCOGIAM-TOC-CYCLO.HTML 83 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Mã code chương trình matlab % HAM TINH GIA TRI LUC Fc TU CON LAN TAC DUNG LEN BANH RANG EPIXYCLOIT % % CUA BO TRUYEN BANH RANG EPYXYCLOIT % % % function[Fc]=FCI_CHUAN(); clear; %=====================================================================% % GIAO HOP THOAI THONG SO DAU VAO % % % prompt = {'Nhap ban kinh duong tron di qua cac lan cua vanh rang lan R2(mm):', 'Nhap TI SO TRUYEN i hoac so rang banh rang Epyxycloi(Z1):', 'Nhap ban kinh lan rc(mm):', 'Nhap lech tam E(mm):', 'Nhap goc quay truc teta (do)' 'Cong suat truc vao(Kw)' 'Toc quay truc vao(vong/phut)' 'SO CHOT DAU RA Z3=' ' Ban Kinh cua chot truc ra' 'Ban kinh duong tron qua tam cac chot truc Rt(mm)' }; dlg_title = 'NHAP THONG SO BO TRUYEN EPIXYCLOT'; num_lines= 1; def = {'110','29','8','2.2','0','2','1500','10','12','80'}; d = inputdlg(prompt,dlg_title,num_lines,def); % % % Cac gia tri tu man hinh hien thi % g=str2num(char(d)); R2=g(1,1);% ban kinh vong tron qua tâm cac lan Z1=g(2,1);% so rang dia rc=g(3,1);% ban kinh lan E=g(4,1); teta=g(5,1)*(pi/180); P1=g(6,1); n1=g(7,1); Z3=g(8,1); % so chot zp=g(9,1); Rt=g(10,1); %====================================================================% M1=9.55*10^6*(P1/n1); phi=teta*Z1; n2=floor(phi/(2*pi)); % goc truc vao quay n2 vong if phi0&YDP(j)>0 anpha(j)=atan(YDP(j)/XDP(j)); end if XDP(j)>0&YDP(j)0&YDP(j)