Nghiên cứu dựa trên bộ truyền bánh răng cycloid thông thường đề xuất bộ truyền bánh răng cycloid bao kép, trình bày các phương trình ăn khớp và phương trình biên dạng cặp ăn khớp liên hợp của bộ truyền, đồng thời thảo luận đặc tính ăn khớp của các bộ truyền. Sau đó, ứng dụng phần mềm thiết kế 3D Pro Engineering 4.0 để mô hình hóa bộ truyền.
Nguyễn Thái Dương 189 Ứng dụng phần mềm Workbench ADAMS/View để phân tích chế độ làm việc bánh Cycloid truyền bánh Cycloid bao kép Nguyễn Thái Dương1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng ntduong.dct@gmail.com Tóm tắt: Nghiên cứu mơ tả phương pháp bao kép phương trình biên dạng cặp ăn khớp liên hợp truyền bánh cycloid bao kép Sau đó, sử dụng phần mềm Pro/Engineer 4.0 để dựng biên dạng cặp ăn khớp liên hợp, từ mơ hình hóa 3D cho truyền Bánh cycloid đóng vai trị chi tiết chủ yếu truyền, trình truyền động ăn khớp chịu lực tác dụng đồng thời nhiều chi tiết khác bánh cycloid nội tiếp chốt Do đó, tần số dao động riêng tần số ăn khớp trình truyền động trùng gây cộng hưởng, phá hủy chi tiết máy Vì vậy, thơng qua việc phân tích chế độ làm việc bánh cycloid môi trường ANSYS Workbench ADAMS/View để xác định tần số dao động riêng kiểu hình tương ứng nó, kết so sánh dựa hai phần mềm nghiệm chứng độ tin cậy mơ hình Kết mang lại giá trị tham khảo thiết kế truyền nói riêng lĩnh vực thiết kế khí nói chung Từ khóa: Bánh cycloid, Phân tích chế độ làm việc, ANSYS Workbench, ADAMS Đặt vấn đề Bộ truyền bánh Cycloid có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, tỷ số truyền lớn, hiệu suất truyền động cao, khả tải lớn [1,2]… nên truyền ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kỹ thuật khí, kỹ thuật nâng chuyển, luyện kim, dệt may… nước Những năm gần đây, truyền bánh bao kép [3,4] nghiên cứu lý luận cách mạnh mẽ đặc tính ưu việt, như: lợi dụng tiếp xúc kép để nâng cao khả chịu tải; gia tăng thêm đường tiếp xúc góp phần làm giảm sai số thơng qua hiệu ứng qn bình hóa sai số, từ nâng cao độ xác truyền động; ngồi ra, đặc tính ăn khớp đường tiếp xúc thứ hai có lợi cho việc nâng cao tính bơi trơn độ bền tiếp xúc Thêm vào đó, nghiên cứu mô động lực học dựa phần mềm SolidWorks COSMOS phần mềm ANSYS Workbench cho thấy thiết kế có lăn gây biến đổi chuyển động rung động lớn so với thiết kế khơng có lăn, đồng thời độ lớn ứng suất thiết kế khơng có lăn nhỏ so với thiết kế có lăn [5,6] Hầu hết kỹ sư khí kết cấu có kinh nghiệm dao động, nên thiết kế xong truyền thiết kế họ yêu cầu xem xét đến khả dao động Trong nghiên cứu này, bánh cycloid đóng vai trò chi tiết chủ yếu truyền, trình truyền động ăn khớp chịu lực tác dụng đồng thời nhiều chi tiết khác bánh cycloid nội tiếp chốt Do đó, tần số dao động riêng tần số ăn khớp trình truyền động trùng gây cộng hưởng, phá hủy chi tiết máy Vì vậy, thơng qua việc phân tích chế độ làm việc bánh cycloid môi trường ANSYS Workbench ADAMS/View để xác định tần số dao động riêng kiểu hình tương ứng nó, nghiệm chứng độ tin cậy mơ hình Kết mang lại giá trị tham khảo định thiết kế truyền nói riêng lĩnh vực thiết kế khí nói chung 190 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA CITA 2017 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC” Mơ hình hóa truyền bánh Cycloid 2.1 Cặp bánh cycloid bao kép Cặp ăn khớp liên hợp truyền bánh cycloid thông thường biên dạng bánh cyloid biên dạng lăn Trong Hình trình bày cặp ăn khớp liên hợp ứng dụng dựa tượng tiếp xúc hai lần truyền động bánh Từ đó, cặp ăn khớp liên hợp cycloid hai lần tiếp xúc suy luận thông qua việc ứng dụng phương pháp bao kép, cặp ăn khớp biên dạng bánh cycloid thông thường (bánh cycloid ngoại tiếp) biên dạng bánh bao kép (bánh vịng nội tiếp) hình thành, hình 1.b thể Hình Cặp ăn khớp Cycloid thơng thường bao kép Hình mơ tả phương pháp bao kép Theo nguyên lý ăn khớp bánh răng, biên dạng liên hợp biên dạng chuyển động tiếp xúc cho trước phơi dao cắt mà hình thành Trong truyền bánh cyloid thông thường, biên dạng bánh cycloid biên dạng lăn đóng vai trị dao cắt, thơng qua chuyển động tiếp xúc tương đối dao cắt phơi gia cơng mà đạt Sau đó, xem biên dạng bánh cycloid đóng vai trị bề mặt dao cắt, dựa chuyển động tiếp xúc tương đối cho trước bề mặt dao cắt phôi gia công, thu biên dạng bánh vòng bao kép Từ đó, cặp ăn khớp liên hợp hình thành thông qua việc kết hợp biên dạng bánh cycloid biên dạng bánh vòng bao kép, gọi cặp ăn khớp cycloid bao kép Hình Phương pháp bao kép Theo hệ tọa độ Hình thể hiện, bánh vòng thể chi tiết 1, bánh cycloid hành tinh (răng ngoài) thể chi tiết Các vận tốc góc góc xoay có mối quan hệ công thức (1) Nguyễn Thái Dương 191 i 2 1 zb 1 1 z g (1) Trong đó: i thể tỷ số truyền cấu truyền động Và phương trình ăn khớp hai chuyển động bao thu dựa lý thuyết hình học bánh Hình Hệ tọa độ Phương trình biên dạng lăn ban đầu Σ(1) mơ tả hệ tọa độ ObX1Y1Z1 phương trình (2) x1 rz cos y1 R z rz sin z (2) Trong đó: θ ν tham số biên dạng Phương trình biên dạng bánh cycloid Σ(2) mơ tả hệ tọa độ OgX2Y2Z2 hệ phương trình (3) x R z sin (i 1)1 rz cos (i 1)1 e sin(i1 ) y R z cos (i 1)1 rz sin (i 1)1 e cos(i1 ) z R (i 1) cos ie cos z (3) Phương trình biên dạng bánh cycloid “bao kép” Σ(1)’ mơ tả hệ tọa độ ObX1Y1Z1 hệ phương trình (4) / (i 1)( i1 ) 1 i x1 R z sin rz cos i (i 1)1 i 2 i 1 i1 e sin sin i i (i 1)( i1 ) 1 i y1/ R z cos rz sin i (i 1)1 i 2 i 1 e cos cos i1 i i / z 2 (i 2)1 i1 2 sin sin 0 (4) 192 2.2 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA CITA 2017 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC” Mô hình hóa truyền bánh cycloidbao kép Bánh cycloid chi tiết dạng đĩa có lỗ phân bố đồng đều, biên dạng bánh cycloid nét đặc trưng bánh này, việc tạo biên dạng cycloid điểm khó chi tiết Do phần mềm Pro/E 4.0 khơng có lệnh để vẽ biên dạng bánh cycloid, nên phần dựa vào phương trình biên dạng tương ứng để tính tốn tọa độ điểm, từ dễ dàng hình thành nên biên dạng cycloid Hình thể Hình Bánh cycloid Tương tự, tiến hành áp dụng phần mềm thiết kế 3D Pro/E 4.0 để mơ hình hóa thực thể 3D chi tiết chủ yếu truyền, sau tiến hành lắp ráp chi tiết để tạo thành truyền bánh cycloid Hình thể Hình Mơ hình 3D truyền bánh cycloid Kết thảo luận 3.1 Phân tích kết dựa phần mềm Workbench Dựa vào lý thuyết thực tế thấy rằng, mode dao động cấp thấp kết cấu ảnh hưởng tương đối lớn đến rung động kết cấu, phân tích mode dao động, thơng thường cần biết số tần số dao động riêng kiểu hình tương ứng ban đầu, mà khơng cần phải tìm tồn tần số dao động kiểu hình tương ứng Nghiên cứu chọn chế độ làm việc ban đầu bánh cycloid Sau tính tốn thu tần số dao động riêng kiểu hình tương ứng bánh Cycloid Bảng Hình thể tần số dao động riêng kiểu hình tương ứng ban đầu bánh Cycloid Nguyễn Thái Dương 193 Do bánh cycloid chi tiết chủ yếu truyền động, nên yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến đặc tính rung động tồn máy, tính tốn tần số ăn khớp trình truyền động vào khoảng f = i*(n/60) = 11*(1450/60) = 266Hz, tần số ăn khớp so với tần số dao động riêng thứ bánh Cycloid 325,72 Hz tương đối gần Chính vậy, q trình làm việc bánh cycloid có khả ảnh hưởng đến đặc tính rung động tồn máy Quan sát kiểu hình ứng với tần số dao động riêng thấy chuyển vị lớn bánh cycloid phát sinh đỉnh a) Mode shape b) Mode shape c) Mode shape d) Mode shape e) Mode shape f) Mode shape Hình Các mode shape bánh cycloid Bảng tần số dao động riêng kiểu hình tương ứng ban đầu bánh Cycloid STT 3.2 Tần số dao động riêng/Hz 325,72 554,35 863,52 1010,4 1445 1574,3 Kiểu hình tương ứng Uốn cong mặt phẳng YOZ Uốn cong mặt phẳng YOZ XOZ Uốn cong mặt phẳng XOZ Xoắn Uốn cong mặt phẳng YOZ Uốn cong mặt phẳng YOZ XOZ Phân tích kết dựa phần mềm ADAMS/View Kết tính tốn mơi trường ADAMS/View thu đặc tính động lực học truyền bánh cycloid này, cụ thể cho biến đổi gia tốc góc chi tiết chủ yếu, đồng thời thông qua phương pháp biến đổi Fourier để thu phổ tần chi tiết chủ yếu truyền Hình thể thay đổi gia tốc góc bánh cycloid theo thời gian Sau sử dụng phương pháp biến đổi Fourier biến đổi gia tốc bánh trên, thu đường cong đặc tính phổ tần gia tốc góc bánh cycloid Hình thể Dựa Hình tiến hành chọn vị trí có giá trị tần số gia tốc góc lớn đối chi tiết bánh truyền thể Bảng 194 KỶ YẾU HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA CITA 2017 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC” Hình Sự thay đổi gia tốc góc bánh cycloid theo thời gian Hình Đặc tính phổ tần gia tốc góc bánh cycloid Bảng Đặc tính phổ tần bánh cycloid trạng thái không tải Số thứ tự Bánh cycloid Tần số (Hz) Độ lớn (rad/s ) 131,8 290,5 25 129,8 580 816,8 870,5 1080,5 1291,7 92 83,66 98,38 44,27 39,16 Dựa vào Bảng thấy rằng: tần số chi tiết bánh cycloid vào khoảng 290,5 Hz xuất giá trị độ lớn cực đại, điều giải thích tần số lúc tần số ăn khớp bánh cycloid bánh vòng (f=i*(n/60) =266 Hz) tương đối gần trị số độ lớn khuếch đại lên Đồng thời, tần số bánh cycloid môi trường ADAMS/View ứng với giá trị 290,5 Hz với tần số dao động riêng thứ 325,72 Hz bánh cyloid môi trường Workbench tương đối gần, nên tần số có giá trị rung động lớn Như vậy, mức độ định, kết phân tích chế độ làm việc dựa phương pháp phần tử hữu hạn truyền bánh cycloid phân tích xác minh Kết luận Nghiên cứu dựa truyền bánh cycloid thông thường đề xuất truyền bánh cycloid bao kép, trình bày phương trình ăn khớp phương trình biên dạng cặp ăn khớp liên hợp truyền, đồng thời thảo luận đặc tính ăn khớp truyền Sau đó, ứng dụng phần mềm thiết kế 3D Pro Engineering 4.0 để mơ hình hóa truyền Sau chuyển đổi đưa vào môi trường Ansys Workbench ADAMS/View để phân tích mode động, sau tính tốn cho thấy tần số dao động riêng kiểu hình ban đầu bánh Cycloid, bên cạnh cho thấy kết từ hai phần mềm có tương đồng mức độ định, kết thể bánh Cycloid có khả ảnh hưởng đến đặc tính rung động tồn máy Kết phân tích mang lại giá trị tham khảo việc thiết kế truyền nói riêng lĩnh vực thiết kế khí nói chung Nguyễn Thái Dương 195 Tài liệu tham khảo https://en.wikipedia.org/wiki/Cycloidal_drive, truy cập tháng năm 2017 http://www.darali.com/page21.html, truy cập tháng năm 2017 Chen B.K., Zhong H., Liu J.Y., Li C.Y and Fang T.T.: Generation and investigation of a new cycloid drive with double contact, Mechanism and Machine Theory, Vol 49, 270-283 (2012) Liu, J.Y., Chen, B.K., Matsumura, S., Li, C.Y and Houjoh, H.: Design of a Novel Cycloid Drive with a Cycloid-arc Gear and Analysis of Its Meshing Characteristic, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, Vol 6, No.2, 310-322 (2012) Chiu-FanHsieh: Dynamics Analysis of Cycloidal Speed Reducers With Pin wheel and Nonpinwheel Designs, Journal of Mechanical Design, Vol.136 /091008, [DOI:10.1115/1.4027850] (11pages) (2014) Nguyễn Thái Dương, Đào Thanh Hùng, Nghiên cứu khả chịu tải truyền bánh cycloid, Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số đặc biệt 3/2017, 110 - 117 (2017) ... giá trị rung động lớn Như vậy, mức độ định, kết phân tích chế độ làm việc dựa phương pháp phần tử hữu hạn truyền bánh cycloid phân tích xác minh Kết luận Nghiên cứu dựa truyền bánh cycloid thông... 2017 “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC” Mơ hình hóa truyền bánh cycloidbao kép Bánh cycloid chi tiết dạng đĩa có lỗ phân bố đồng đều, biên dạng bánh cycloid nét đặc trưng bánh này, việc tạo... “CNTT VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC LĨNH VỰC” Mơ hình hóa truyền bánh Cycloid 2.1 Cặp bánh cycloid bao kép Cặp ăn khớp liên hợp truyền bánh cycloid thông thường biên dạng bánh cyloid biên dạng lăn Trong