Như đã trình bày ở trên trong nội dung nghiên cứu này 2 cặp BROV được chế tạo với cùng 1 cặp đường lăn (Σ 1, Σ 2); trong đó Σ 1, Σ 2 có cùng thông số thiết kế như mô tả trong Bảng 4.1 và đặc tính hàm truyền như được mô tả trên Hình 4.1.
Bảng 4.1 Bảng thông số thiết kế đường lăn của cặp BROV chính tâm
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Bán trục lớn a mm 50
Bán trục nhỏ b mm 30
Hệ số chu kỳ n1 -- 1
Hình 4.1 Hàm tỷ số truyền của cặp BROV chính tâm
4.1.1.1 Thiết kế và chế tạo cặp BROV chính tâm có BDR cycloid cải tiến
Sử dụng các tham số thiết kế đường lăn trong Bảng 4.1, trên cơ sở lý thuyết thiết kế BDR cycloid cải tiến được trình bày ở chương 3, sau khi tính toán tối ưu bằng thuật toán Hình 3.10 (trang 85), thỏa mãn các điều kiện phân bố đều số răng, tránh cắt lẹm chân răng và thực hiện đúng hàm truyền Hình 4.1, các thông số thiết kế TRS cycloid cải tiến được cho trong Bảng 4.2 và các thông số thiết kế của BROV có BDR là đường cong mới được tổng hợp trong Bảng 4.3.
Bảng 4.2 Thông số thiết kế của TRS tạo hình BDR cycloid cải tiến
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Thông số thiết kế của elíp sinh E
+ Bán trục lớn của E aEi mm 1,0
+ Bán trục nhỏ của E bEi mm 0,7
Môđun mc -- 3,4
Chiều dày răng sc mm 5,4
Chiều rộng rãnh răng wc mm 5,4
Bước răng pc mm 10,8
Chiều cao đỉnh răng ha mm 2,0
Chiều cao chân răng hf mm 2,0
Chiều cao răng h mm 4,0
Bảng 4.3 Thông số thiết kế của cặp BROV chính tâm BDR cycloid cải tiến
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Môđun m -- 3,4
Số răng z -- 24,0
Bước răng p mm 10,8
Chiều dày răng s mm 5,4
Chiều rộng rãnh răng w mm 5,4
Chiều cao răng h mm 4,0
Chiều cao đỉnh răng ha mm 2,0
Chiều cao chân răng hf mm 2,0
dụng chương trình tính toán được xây dựng trên cơ sở nghiên cứu ở chương 3 ta có bản thiết kế và chế tạo thực nghiệm cặp BROV có BDR mới được mô tả trên Hình 4.2.
a) b)
Hình 4.2 Bản thiết kế và chế tạo thực nghiệm cặp BROV có BDR mới
Các bước gia công và công nghệ gia công cặp BROV này được trình bày trong Phụ lục 2 của luận án.
4.1.1.2 Thiết kế và chế tạo cặp BROV chính tâm có BDR thân khai
Sử dụng các tham số thiết kế đường lăn trong Bảng 4.1, các thông số của cặp BROV BDR thân khai được thiết kế để thực hiện đúng hàm truyền trong Hình 4.1. Với phương án thiết kế cùng bộ thông số với cặp BROV có BDR mới (cùng số răng, bước răng trên đường lăn bằng nhau, cùng chiều dày và chiều rộng rãnh răng, cùng chiều cao răng), ta có tham số
thiết kế TRS [3, 22] BDR thân khai tạo hình cho cặp BROV như mô tả trên Hình 4.3 được cho trong Bảng 4.4. Sau khi tạo hình bằng lý thuyết ăn khớp động học BRKT của Litvin [22, 108, 109] ta có bảng thông số thiết kế của cặp BROV có BDR thân khai được tổng hợp trong Bảng 4.5, còn bản thiết kế cặp BROV có BDR thân khai được mô tả trên Hình 4.4.
Bảng 4.4 Thông số thiết kế của TRS tạo hình BDR thân khai
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Môđun m -- 3,4
Bước răng pc mm 10,8
Góc áp lực αc o 20,0
Chiều rộng rãnh răng w mm 5,4
Chiều dày răng s mm 5,4
Chiều cao răng h mm 4,0
Chiều cao đỉnh răng ha mm 2,0
Chiều cao chân răng hf mm 2,0
Hình 4.3 TRS tạo hình BDR thân khai của cặp BROV
Bảng 4.5 Thông số thiết kế của cặp BROV chính tâm BDR thân khai
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Môđun m -- 3,4
Số răng z -- 24
Bước răng p mm 10,8
Chiều rộng rãnh răng w mm 5,4
Chiều dày răng s mm 5,4
Chiều cao răng h mm 4,0
Chiều cao đỉnh răng ha mm 2,0
Chiều cao chân răng hf mm 2,0
Hình 4.4 Cặp BROV chính tâm có BDR thân khai
Từ Hình 4.4 nhận thấy cặp BROV chính tâm BDR thân khai có cùng môđun với BROV có BDR cycloid cải tiến xuất hiện giao thoa cạnh răng (Hình 4.4a) và chèn răng (Hình 4.4c). Do đó, cần phải phân phối lại số răng và chiều cao răng để tránh hiện tượng chèn răng và cắt lẹm chân răng. Sau khi tính toán, hiệu chỉnh, phân phối số răng trên toàn bộ đường lăn, kiểm tra tránh cắt lẹm chân răng thì các thông số thiết kế TRS được tổng hợp trong Bảng 4.6 và Bảng 4.7 là thông số thiết kế cặp BROV BDR thân khai sau khi hiệu chỉnh để khắc phục giao thoa cạnh răng và chân răng.
Bảng 4.6 Thông số thiết kế của TRS tạo hình BDR thân khai sau khi hiệu chỉnh
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Môđun m -- 2,57
Bước răng pc mm 8,08
Góc áp lực αc o 20,00
Chiều rộng rãnh răng w mm 4,04
Chiều dày răng s mm 4,04
Chiều cao răng h mm 5,78
Chiều cao đỉnh răng ha mm 2,57
Chiều cao chân răng hf mm 3,21
Bảng 4.7 Thông số thiết kế của cặp BROV chính tâm BDR thân khai
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Môđun m -- 2,57
Số răng z -- 32,00
Bước răng p mm 8,08
Chiều rộng rãnh răng w mm 4,04
Chiều dày răng s mm 4,04
Chiều cao răng h mm 5,78
Từ các thông số thiết kế ở Bảng 4.6 và Bảng 4.7, ta có Hình 4.5 là bản thiết kế và chế tạo thực nghiệm cặp BROV với BDR thân khai của đường tròn.
a)
Hình 4.5 Bản thiết kế và chế tạo thực nghiệm cặp BROV với BDR thân khai của đường tròn
Từ Hình 4.5 dễ dàng nhận thấy trên BROV các răng từ vị trí răng ① đến ⑧ khác nhau về hình dạng và kích thước đặc biệt là tại răng vị trí số ① và số ⑧ là vị trí mà bán kính đường lăn nhỏ nhất và lớn nhất. Đặc biệt tại vị trí 8 sườn răng suy biến thành đường thẳng, để làm rõ hơn về nhược điểm của BDR thân khai chúng ta đi phân tích chi tiết ở Mục 4.1.1.3 dưới đây.
4.1.1.3 Phân tích nhược điểm của BDR thân khai
Mục 4.1.1.2 mới chỉ đánh giá một cách định lượng về hình dáng hình học. Để làm rõ hơn những nhược điểm của BDR thân khai khi thiết kế BRKT trong nội dung này sẽ phân tích một cách chi tiết và cụ thể hơn.
a) Sự khác nhau về chiều dày đỉnh răng và chiều rộng chân răng trên BROV
Nếu gọi sa, wf, sf lần lượt là chiều dày đỉnh răng, chiều rộng chân răng và chiều dày chân răng bằng đo thực nghiệm ta có đồ thị Hình 4.6 dưới đây mô tả sự thay đổi chiều dày đỉnh răng, chiều rộng chân răng và chiều dày chân răng của các răng ở vị trí khác nhau (do tính đối xứng trục số răng được đánh giá từ 1 8 như mô tả trên Hình 4.5a).
Hình 4.6 Sự biến đổi chiều dày đỉnh răng và chiều rộng chân răng theo vị trí răng của BROV BDR thân khai
Từ Hình 4.6 nhận thấy, từ vị trí răng số ① đến răng số ⑧: (i) Bán kính cong của đường lăn tăng dần; (ii) Chiều dày đỉnh răng và chiều dày chân răng có xu hướng tăng lên, so với răng số ➀ chiều dày đỉnh răng và chiều dày chân răng của răng số ⑧ lần lượt tăng 11,55% và 31,66%; (iii) Chiều rộng rãnh chân răng giảm dần 7,40%. Qua đó chỉ ra rõ ràng một nhược điểm của BDR thân khai trong thiết kế BRKT đó là hình dạng và kích thước các răng bố trí ở vị trí khác nhau trên BROV là khác nhau. Điều đó cho thấy khả năng chịu tải trọng của các răng ở vị trí khác nhau là khác nhau. Trong khi BDR được đề xuất bởi luận án (Hình 4.2) là hoàn toàn đều nhau về hình dạng và kích thước như đối với các BR trụ tròn có tỷ số truyền không đổi, đây có thể coi là một ưu điểm của BDR được đề xuất bởi luận án.
b) Chiều dài cung làm việc trên BDR ở các răng khác nhau trên BROV
Trong quá trình ăn khớp BROV1 sẽ truyền mômen sang BROV2 thông qua quá trình ăn khớp. Xét tại điểm vào khớp K (Hình 4.7a) phương của lực tác dụng F1 sẽ đi qua điểm ăn khớp K và tâm ăn khớp P (đường nn’ gọi là đường truyền lực) do đặc điểm
của BRKT tâm ăn khớp PR di chuyển trong đoạn O1O2 và góc áp lực thay đổi. Vì vậy, cung làm việc trên BDR cũng sẽ thay đổi. Để làm rõ hơn về vấn đề này trong phần này sẽ khảo sát chiều dài cung làm việc từ răng số ① đến răng số ⑧ của BROV1 và tương ứng đối tiếp từ ⑰ trở về răng đối tiếp ⑩ của BROV2. Như vậy, cung làm việc được định nghĩa bắt đầu từ điểm vào khớp cho đến điểm ra khớp trên một BDR. Để khảo sát ta gọi K1v, K1r là điểm vào khớp và ra khớp trên BDR của BROV1, K2v, K2r là điểm vào khớp và ra khớp trên BDR của BROV2 của một cặp (Γ1, Γ2). Như vậy, độ dài cung làm
máy tính kết quả của chiều dài các cung làm việc được mô tả trên Hình 4.8. Còn dữ liệu đo thực nghiệm và phương pháp đo được trình bày ở Phụ lục 3 của luận án.
a) Vị trí vào khớp
b) Vị trí ra khớp
Hình 4.7 Ăn khớp của cặp răng đối tiếp ➀ - ⑰
Hình 4.8 Chiều dài cung làm việc của các cặp BDR đối tiếp
Từ Hình 4.8 nhận thấy, chiều dài cung làm việc của BDR ở các vị trí khác nhau sẽ biến đổi từ 66% cho đến 74% cung biên dạng đối với BROV1 và biến đổi từ 50% đến 76% biên dạng đối với BROV2. Ở răng số ⑧ (vị trí bán trục nhỏ của Σ 1
) cung làm
Điểm ra khớp
4.5.1.1 Thiết kế thực nghiệm
a) Thiết kế đường lăn của hệ
Trong lược đồ Hình 4.34, trục vào gắn với Cần 2, BRVT 3 là BRTT lệch tâm, BR trung tâm 1 gắn với trục ra, còn BR trung tâm 4 có vành răng phía trong được cố định. Bảng 4.17 là các thông số thiết kế đường lăn của bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép được tính toán dựa trên phần mềm tính toán ở chương 2 thỏa mãn điều kiện bao (Mục 2.3, chương 2) và điều kiện đồng trục (Mục 2.4 chương 2) theo thuật toán Hình 2.14 (trang 53).
Bảng 4.17 Thông số thiết kế đường lăn của bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép
Thông số Ký hiệu Đơn vị BRVT 3 BR trung tâm 1 BR trung tâm 4 Bán kính đường tròn lệch tâm R mm 25,00 -- -- Độ lệch tâm e mm 3,00 -- -- Hệ số chu kỳ n3’, n3 -- -- 3,00 5,00 Khoảng cách trục a13, a34 mm -- 99,68 99,68 Từ các thông số thiết kế ở Bảng 4.17, ta có Hình 4.41 là đường lăn và hàm truyền lý thuyết của hệ BRKT kiểu hành tinh kép theo lược đồ Hình 4.36.
a) b)
Hình 4.36 Bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép được thiết kế với a) Đường lăn và b) Tỷ số truyền của hệ
b) Thiết kế BDR
Áp dụng cơ sở nghiên cứu lý thuyết thiết kế BDR đã được trình bày ở chương 3. Các thông số thiết kế BDR của TRS được tổng hợp trong Bảng 4.18 sau khi tính toán tối ưu bằng thuật toán Hình 3.10 (trang 85) ở chương 3, thỏa mãn các điều kiện phân bố đều số răng, tránh cắt lẹm chân răng và đúng với hàm truyền ở Hình 4.36b của hệ BRKT kiểu vi sai kép, còn thông số thiết kế của các BRKT trong hệ được cho trong Bảng 4.19.
Bảng 4.18 Các thông số thiết kế TRS tạo hình các BRKT trong hệ BRKT kiểu hành tinh kép
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Bán trục lớn ΣE aE mm 1,10
Bán trục nhỏ ΣE bE mm 0,98
Môđun m -- 4,17
Chiều dày răng sc mm 6,55
Chiều rộng rãnh răng wc mm 6,55
Bước răng pc mm 13,10
Chiều cao đỉnh răng ha mm 2,20
Chiều cao chân răng hf mm 2,20
Chiều cao răng h mm 4,40
Bảng 4.19 Thông số thiết kế của các BRKT trong hệ BRKT kiểu hành tinh kép
Thông số Ký hiệu Đơn vị BRVT 3 BR trung tâm 1 BR trung tâm 4
Môđun m -- 4,17 4,17 4,17
Số răng z -- 12 36 60
Bước răng p mm 13,10 13,10 13,10
Chiều dày răng s mm 6,55 6,55 6,55
Chiều rộng rãnh răng w mm 6,55 6,55 6,55
Chiều cao răng h mm 4,40 4,40 4,40
Chiều cao đỉnh răng ha mm 2,20 2,20 2,20 Chiều cao chân răng hf mm 2,20 2,20 2,20 Từ các thông số thiết kế ở Bảng 4.18 và Bảng 4.19, sử dụng chương trình tính toán số được xây dựng trên cơ sở nghiên cứu ở chương 3, ta có bản thiết kế 3D của hệ BRKT trên Solidworks như được mô tả trên Hình 4.37a. Trên cơ sở đó, một bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép được thiết kế như trên Hình 4.37.
Hình 4.37 Bản thiết kế bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép với a) Hệ BRKT kiểu hành tinh kép, b) Hình chiếu đứng, c) Hình chiếu bằng và d) Phối cảnh 3D của bộ biến đổi
Trong đó: 1 – BR trung tâm 1; 2 – Cần 2; 3 – BRVT 3; 4 – BR trung tâm ngoài
4.5.1.2 Điều kiện lắp
Trong quá trình tổ hợp, hộp biến đổi tốc độ phải đảm bảo điều kiện lắp với các tiêu chí cụ thể như sau:
1. Đường tâm ngang của các lỗ định vị trên các BRKT đảm bảo nằm trên cùng đường tâm định vị như trên Hình 4.38.
2. Các trục quay của các BRKT phải đảm bảo độ đồng trục, độ song song.
3. Trục vào và trục ra đảm bảo độ đồng trục với nhau và độ vuông góc với mặt bích lắp ở hai phía.
4. Khi lắp đặt hộp biến đổi tốc độ lên hệ giá đỡ, độ đồng trục giữa trục vào với trục động cơ và giữa trục ra với encoder phải được đảm bảo.
Vị trí đường chuẩn “0” lắp ráp ban đầu và vị trí lắp giữa các BR được mô tả trên Hình 4.38: 1 là vị lắp giữa BRVT số 1 và BR trung tâm ngoài (tương tự với các vị trí 2, 3, 4) phải đảm bảo nằm trên đường chuẩn.
Hình 4.38 Hệ lỗ định vị của các BRKT của hộp biến đổi tốc độ kiểu hành tinh kép
4.5.1.3 Chế tạo thực nghiệm
Trên cơ sở thiết kế thực nghiệm và điều kiện lắp của bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép, Hình 4.39 dưới đây là ảnh chụp bộ biến đổi sau khi chế tạo thực nghiệm. Phương pháp gia công và từng nguyên công chế tạo nhằm đảm bảo độ chính xác được trình bày trong Phụ lục 2 của luận án.
Hình 4.39 Bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép sau khi chế tạo
4.5.2 Thực nghiệm xác định hàm truyền
a) Thiết bị thí nghiệm
Hệ thống thiết bị thí nghiệm như được mô tả trên Hình 4.40, nguồn phát động là động cơ Servo Drive (86HSE8.5N-1,5Kw) qua hộp giảm tốc BR hành tinh có tỷ số
truyền 8:1 với gắn với Cần 2. Trục ra là trục của BR trung tâm 1 được gắn với encorder độ phân giải 400 xung (E6B2-CWZ6C).
Hình 4.40 Hệ thống thí nghiệm xác định đặc hàm truyền của bộ biến đổi tốc độ BRKT kiểu hành tinh kép
b) Kết quả đo thực nghiệm
Phần cứng và phần mềm thí nghiệm cũng như phương pháp đo, xử lý số liệu được tiến hành tương tự như Mục 4.2, vận tốc đặt cho động cơ Servo là 120 vòng/phút, các dữ liệu thực nghiệm được tổng hợp trong Phụ lục 3 của luận án và Hình 4.41 dưới đây