1. 3 Các thông số hình học của cam globoid
2.3.2Mô hình hóa theo phương phá p2
2.3.2.1 Các thông số đầu vào và những tính toán ban đầu
Giả sử quy luật chuyển động của cam và cần được thể hiện qua một phương trình toán học như sau:
0 0 0 0 0 0, 0 120 1 os 2 * * , 120 240 , 0 60 0, 240 360 i i h y c α β π α β β β α ≤ ≤ = − ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ ≤
Với : y: phương trình chuyển động của cần.
h=30 mm: độ cao dao động lớn nhất của cần. β=60°: góc quay lớn nhất của cần.
βi: góc quay tức thời của cần.
Đồ thị mô tả quá trình chuyển động của cần lắc được thể hiện trên hình 2.31.
Hình 2.33: Qui luật chuyển động của cần ứng với một vòng quay của cam
Các thông số hình học khác của cơ cấu như: d, l, C, t, β0, e hoàn toàn giống như phương pháp 1.
2.3.2.2 Quá trình mô hình hóa
Tạo một file mới, đặt tên là: phuongphap2.prt, chọn đơn vị là mns_part_solid
ạ Tạo mặt tròn xoay cho thân cam
- Dùng lệnh Revolve với thiết diện vẽ phác là đoạn cong 1-2 như trên hình 2.34.
Kết quả phải được như trên hình 2.35.
Hình 2.35: Mặt tròn xoay được tạo từ lệnh Revolvẹ
b. Tạo đường cong 3D
Tạo đường cong phía trên.
- Dùng lệnh curve tạo đường cho vùng IỊ
+ Chọn lệnh From Equation để tạo đường cong bằng phương trình.
+ Chọn hệ tọa độ trụ (Cylindrical) trong hộp thoại rel.ptd-Notepad nhập quan hệ như hình 2.36.
Hình 2.36: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D trong vùng IỊ
Kết quả ta được như hình 2.37.
Hình 2.37: Đường 3D cho vùng II - Tạo đường cong 3D cho vùng I, IIỊ
+ Hoàn toàn tương tự như cách tạo đường cong cho vùng II, phương trình trong hệ tọa độ trụ như hình 2.38.
Hình 2.38: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D trong vùng I,III
- Thực hiện lệnh Trim hai đường cong vừa vẽ ta được kết quả như hình 2.39:
Hình 2.39: Kết quả cho đường cong 3d phía trên
Tạo đường cong 3D phía dướị
- Tạo đường cho vùng IỊ
+ Các bước hoàn toàn tương tự,trong hộp thoại rel.ptd-Notepad nhập quan hệ như hình 2.40.
Hình 2.40: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D thứ 2 trong vùng IỊ
Kết quả phải như hình 2.41.
Hình 2.41: Đường 3D cho vùng II - Tạo đường cho vùng I, III
+Tương tự trong hộp thoại rel.ptd-Notepad ta nhập quan hệ như hình 2.42.
Hình 2.42: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D thứ 2 trong vùng I, IIỊ
- Thực hiện lệnh Trim hai đường cong vừa vẽ ta được kết quả như hình 2.43.
Hình 2.43: Đường 3D phía dướị
Tạo đường tròn trong mặt phẳng chuẩn.
- Dùng lệnh lệnh sketch tạo đường tròn đường kính 215mm trong mặt phẳng chuẩn.
c. Tạo mặt pitch
- Dùng lệnh Variable Section Sweep tạo mặt pitch trên bằng cách quét đoạn thẳng 1-2 theo đường cong 3D phía trên và đường tròn trong mặt phẳng chuẩn như trên hình 2.44.
Kết quả như hình 2.45:
Hình 2.45: Mặt phẳng pitch phía trên.
+ Tương tự ta tạo mặt pitch dưới với đoạn thẳng quét thể hiện hình 2.46.
Kết quả như hình 2.47:
Hình 2.47: Kết quả sau khi tạo hai mặt phẳng picth
d. Tạo hai mặt làm việc
- Dùng lệnh Offset tạo hai mặt làm việc các hai mặt pitch tương ứng 10 mm về phía mặt chuẩn.
Hình 2.48: Tạo mặt làm việc cho cam.
Hoàn toàn tương tự như phương pháp 1, nên các bước còn lại tôi chỉ trình bày sơ lược như sau:
ẹ Tạo mặt ngoài cho đỉnh cam (lệnh Revolve)(hình 2.49a)
f. Thực hiện các lệnh cắt các mặt phẳng (lệnh Trim)(hình 2.49b, c, d, e) g. Tạo khối đặc (lệnh Solidify)(hình 2.49g)
Hình 2.49 : Quá trình tạo hình dáng cam.
ạ tạo mặt đỉnh cam, b. Cắt mặt làm việc với mặt đỉnh cam, c-b. Cắt mặt đỉnh cam, ẹ Cắt mặt thân cam, f. Ghép các mặt lại với nhau, g. Tạo khối đặc cho cam,
h. Tạo rãnh then và vát mép
- Dùng để lệnh Extrude tạo rãnh then. - Dùng lệnh lệnh Edge Chamfer để vát mép. Kết quả ta được như hình 2.50.
Hình 2.50: Cam sau khi tạo rãnh then và bo các góc.
2.3.3 Phương pháp 3: Phương pháp ‘giả gia công’
2.3.3.1 Các thông số đầu vào và những tính toán ban đầu
Với mục đích minh họa, ta có thể lấy các thông số đầu vào của ví dụ trong trường hợp 2 để thực hiện mô hình hóa cơ cấu cam globoid theo phương pháp ‘giả gia công’.
2.3.3.2 Quá trình mô hình hóa
Tạo một file mới và đặt tên là : phuongphap3.prt.
ạ Tạo khối tròn xoay của thân cam
- Dùng lệnh Revolve tạo khối tròn xoay, thiết diện vẽ phác gồm các đoạn 1-2, 2-3,3-4,4-5, 5-6, 6-1 thể hiện trên hình 2.51.
Hình 2.51: Kích thước của khối tròn xoaỵ Sau khi kết thúc lệnh kết quả như hình 2.52.
b. Tạo đường cong 3D
- Hoàn toàn tương tự như phương pháp 2, ta tạo hai đường cong 3D (lệnh curve), kết quả như hình 2.53.
Hình 2.53: Kết quả khi tạo hai đường cong 3D.
Khác với hai phương pháp trước, phương pháp này không tạo mặt pitch mà tạo trực tiếp mặt làm việc cho cam, bằng cách cắt khối tròn xoay theo một tiết diện hình chữ nhật có chiều dài và chiều rộng lần lược bằng chiều dài và bán kính con lăn.
c. Tạo mặt làm việc cho cam
- Dùng lệnh Variable Section Sweep tạo mặt làm việc phía trên cho cam với các thông số của thiết diện cắt như hình 2.54:
Chọn Ok. Kết quả như trên hình 2.55.
Hình 2.55: Kết quả sau khi cắt.
- Hoàn toàn tương tự ta tạo mặt làm việc thứ 2, kết quả như hình 2.56.
Hình 2.56: Kết quả sau khi cắt.
- Dùng lệnh Variable Section Sweep để cắt bỏ các phần thừa, kết quả như trên hình 2.57ạ
Hình 2.57: Cam sau khi chỉnh sửa
d Tạo rãnh then và bo các góc
- Dùng lệnh Extrude để tạo rãnh then và lệnh Edge Chamfer để bo các góc ta dược kết quả như hình 2.58.
2.3.4 Tạo cần và con lăn
2.3.4.1 Tạo thân cần
- Tạo file mới có tên là: thancan.prt
- Dùng lệnh Extrude tạo thân cần với thiết diện vẽ phác được thể hiện trên hình 2.59.
Hình 2.59: Thông số của thân cần.
- Dùng lệnh Revolve tạo trụ chứa con lăn, với thiết diện vẽ phác được thể hiện trong hình 2.60.
- Dùng lệnh Pattern\Axis tạo trụ chứa con lăn thứ hai nghiêng một góc 60°
so với trụ thứ nhất. Kết quả ta được mô hình cần như hình 2.61.
Hình 2.61: Cần.
2.3.4.2. Tạo con lăn
- Tạo file mới có tên là: Conlan.prt
- Dùng lệnh Revolve tạo con lăn, với thiết diện vẽ phác gồm các đoạn 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6 thể hiện trên hình 2.62.
Chọn Donẹ Kết quả như hình 2.63.
CHƯƠNG III
MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG
Để tạo mô phỏng chuyện động của cơ cấu cam globoid chúng ta có thể sử dụng modul Pro/Mechanism tích hợp sẵn trong Pro/ENGINEER®. Sau đây là các bước thực hiện mô phỏng chuyển động:
- Tạo mô hình lắp ráp bao gồm cam và cần.
- Kiểm tra hệ thống lắp ráp có thỏa mãn yêu cầu dung sai lắp ghép hay không.
- Tạo Servo motor cho trục cam và trục cần. - Kiểm tra giao thoa và kiểm tra khe hở.
Cụ thể cho từng bước được thể hiện ở các phần tiếp theo của chương nàỵ
3.1 Tạo mô hình lắp ráp bao gồm cam và cần 3.1.1 Lắp ráp cần và con lăn 3.1.1 Lắp ráp cần và con lăn
Tạo file Assembly (can.asm) cho cần và con lăn.
ạ Lắp thân cần
- Dùng lệnh Assemble (ASM) lắp cần, chấp nhận kiểu lắp ghép mặc định, chọn các mặt phẳng kết nối, kết quả như hình 3.1.
b. Lắp con lăn
- Dùng lệnh ASM lắp con lăn, chọn kiểu kết nối Pin. Kết quả lắp ráp được thể hiện như trên hình 3.2.
Hình 3.2: File can.prt
3.1.2 Lắp ráp cam và cần
Cách lắp ráp cả ba mô hình cơ cấu cam tạo vừa tạo hoàn toàn giống nhau nên trong đề tài này sẽ trình bày cách lắp ráp chung.
Tạo file Assembly (laprap1.asm) cho cần và con lăn.
ạ Lắp cam
- Tạo trục cam (Axis).
- Dùng lệnh Assembly để lắp cam, chọn kiểu lắp ghép Pin cho trục cam và trục vừa tạọ
Kết quả như hình 3.3.
b. Lắp ráp cần
- Tạo trục nằm trong mặt phẳng chuẩn của cam và tiếp tuyến với đường tròn. Tạo một điểm APTN0 nằm trên trục và mặt phẳng đối xứng như hình 3.4.
Hình 3.4: Tạo trục để lắp cần lắc.
+ Mở file can.prt. Tạo trục cần một điểm PTN2 nằm trên trục cần lắc và một điểm PTN0 nằm trên trục con lăn và cách trục cần lắc 61 mm. Lưu kết quả vừa tạọ Kết quả như hình 3.5.
Hình 3.5: Tạo các điểm trong quá trình lắp ráp.
+ Chọn kiểu lắp ghép Pin cho trục cần lắc và trục vừa tạo trên mặt phẳng chuẩn, chọn thêm kiểu lên liên kết Slot cho điểm K và đường cong 3D.
Quá trình lắp ráp thể hiện qua hình 3.6.
Hình 3.6: Quá trình lắp ráp cơ cấu cam globoidal cần lắc ạ chọn kiểu lắp ghép Pin cho trục cần, b. Định vị trí cần trên trục,
c-d. Thêm kiểu lắp ghép Slot
3.2 Mô phỏng chuyển động
Dùng lệnh Mechanism để chuyển sang mô đun mô phỏng.
ạ Tạo chuyển động cho cam
- Dùng lệnh Servo motor để tạo chuyên động cho trục cam (hình 3.7). - Trong bảng Servo motor Defintion ta chọn lệnh Profile\ Velocity để điều chỉnh tốc độ quaỵ
Hình 3.7: Tạo động cơ quay cho cam.
b. Tạo chuyể động cho con lăn
- Tương tự như tạo chuyển động cho cam ta tạo chuyển động cho con lăn.
Hình 3.8: Tạo chuyển động cho con lăn trên cần. a-b. Tạo chuyển động cho con lăn trên và con lăn dướị
c. Chỉnh thời gian mô phỏng
- Dùng lệnh Mechanism Analysis để chỉnh thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc và khoảng thời gian để chuyển hai khung hình.
Hình 3.9: Chỉnh thời gian và khoảng cách giữa hai khung hình.
d. Mô phỏng
- Dùng lệnh Playback để xem mô phỏng chuyển động. Kết quả như hình 3.12.
3.3 Kiểm tra
3.3.1 Kiểm tra giao thoa
Sau khi mô phỏng cam cần kiểm tra giao thoa giữa hai mặt làm việc của cam và con lăn để xác định giữ hai bề mặt này có phần giao nhau hay không.
- Dùng lệnh Colision Delection Sitting…\Golobal Colision Delection để hiển thị tiết diện giao nhau giữa hai mặt.
- Dùng lệnh Stop Animation Playback on Colission để dừng chuyển động nếu xảy ra giao thoạ
- Ấn Playback để xem mô phỏng chuyển động và kiểm tra giao thoạ + Phương pháp 1 và 2 không xảy ra hiện tượng giao thoa giữa bề mặt làm việc của cam và bề mặt của con lăn.
+ Cam được tạo hình bằng phương pháp “giả gia công” xảy ra hiện tượng giao thoa giữa hai mặt làm việc (hình 3.11).
Hình 3.11: Vùng giao thoạ
3.3.2 Kiểm tra khoảng cách từ mặt cam đến mặt con lăn
Những mô hình không xảy ra giao thoa giữa hai mặt làm việc, tức là giữa mặt cam và mặt con lăn không có phần giao nhau thì cần phải tính đến khả năng giữa chúng xuất hiện khe hở. Trong Pro/ENGINEER có thể dùng lệnh Analysis\ Distance để kiểm tra khoảng cách giữa hai mặt làm việc. Để đảm bảo độ chính xác trong quá trình kiểm tra thì mỗi khi cam quay được 1° ta kiểm tra
khoảng cách giữa mặt cam và mặt con lăn. Kết quả được thể hiện trong phục lục III ( xem phụ lục).
Nhận xét sau quá trình kiểm tra
- Phương pháp 1 và phương pháp 2 không xảy ra giao thoa giữa hai mặt làm việc, khảng cách lớn nhất giũa hai mặt làm việc không quá 0,53 µm
(xem phục lục 3). Khe hở này rất bé, có thể chấp nhận được. Vì vậy phương pháp 1 và 2 hoàn toàn đạt yêu cầu thiết kế.
- Phương pháp 3 (phương pháp giả gia công) thì xảy ra giao thoa giữa hai mặt làm việc. Do vậy không đạt yêu cầu trong quá trình thiết kế cam.
CHƯƠNG IV
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 4.1 Kết luận
Sau ba tháng miệt mài học hỏi, nghiên cứu thực hiện đề tài đến nay đã hoàn thành, với những nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:
- Đã tìm hiểu về lí thuyết về cam globoid, đưa ra các thông số hình học của cam.
- Đã xây dựng thành công mô hình cơ cấu cam bằng ba phương pháp khác nhaụ Trên cơ sở lý thuyết về qui luật chuyển động tương đối của cam và cần tôi đã xây dựng nên ba phương pháp tạo mô hình cam cụ thể bằng phần mềm Pro/ENGINEER.
- Đã xác định được phương pháp tạo hình chính xác thông qua việc kiểm giao thoa cũng như kiểm tra khoảng cách giữa hai mặt làm việc của cam.
Tuy nhiên do kiến thức và thời gian có hạn nên đề tài chỉ dừng lại ở giai đoạn thiết kế mô hình, mô phỏng và kiểm tra độ chính xác trên một cơ cấu cam globoid cụ thể, chưa có sự khái quát chung cho tất cả các cơ cấu cam.
4.2 Đề xuất ý kiến
Trong quá trình nhiên cứu thực hiện đề tài tôi có một số đề xuất như sau: - Nghiên cứu mô hình hóa cơ cấu cam globoid bằng phần mềm khác. Với phần mềm Pro/ENGINEER thì tạo mô hình bằng phương pháp 3 (phương pháp giả gia công) đã xảy ra giao thoa giữa hai mặt làm việc. Vì vậy chúng ta có thể kiểm tra phương pháp này bằng các phần mền khác như SOLIDWORK, UNIGRAPHIC, CATIA…thì giữa hai mặt làm việc có xảy ra giao thoa hay không?
- Để tạo hình cơ cấu cam globoid bằng phần mền Pro/ENGINEER tương phức tạp tốn khá nhiều thời gian vì vậy chúng ta nên nghiên cứu viết chương trình nhúng vào Pro/ENGINEER, chỉ cần nhập các thông số của cam thì
ta thu được mô hình cam hay ít nhất cũng thực hiện được các bước chính trong quá trình mô hình hóạ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lân. Nguyên lí máy (tập 1). NXB Giáo Dục 2. Z. Koloc, M. Vaclavik. Cam mechanism. Elsevier, 1993.
3. J. Reevẹ Cam for industry. Mechanical Engineering Publications, London, 1995.
4. N.V. Tuong and P. Pokornỵ Virtual animation for checking interference of globoidal cam. Modern Machinery Science Journal, 2009.
5. N.V. Tuong and P. Pokornỵ A Case Study of Modeling Concave Globoidal Cam (book chapter), in: “Advanced Technologies”, In-Tech, Austria, 2009. 6.http://www.chinasatc.com/cpzx_ẹaspx?scclassid=512&id=51210
PHỤC LỤC 1
Bảng 1: Các giá trị dịch chuyển góc quay của cam và cần
Góc quay của cam (α) GÓC QUAY CỦA CAM Góc quay của cần (β) Góc quay của cam (α) GÓC QUAY CỦA CAM Góc quay của cần (β) 000.00 0.00000000 036.00 0.00000000 001.00 0.00000000 037.00 0.00000000 002.00 0.00000000 038.00 0.00000000 003.00 0.00000000 039.00 0.00000000 004.00 0.00000000 040.00 0.00000000 005.00 0.00000000 041.00 0.00000000 006.00 0.00000000 042.00 0.00000000 007.00 0.00000000 043.00 0.00000000 008.00 0.00000000 044.00 0.00000000 009.00 0.00000000 045.00 0.00000000 010.00 0.00000000 046.00 0.00000000 011.00 0.00000000 047.00 0.00000000 012.00 0.00000000 048.00 0.00000000 013.00 0.00000000 049.00 0.00000000 014.00 0.00000000 050.00 0.00000000 015.00 0.00000000 051.00 0.00000000 016.00 0.00000000 052.00 0.00000000 017.00 0.00000000 053.00 0.00000000 018.00 0.00000000 054.00 0.00000000 019.00 0.00000000 055.00 0.00000000 020.00 0.00000000 056.00 0.00000000 021.00 0.00000000 057.00 0.00000000 022.00 0.00000000 058.00 0.00000000 023.00 0.00000000 059.00 0.00000000 024.00 0.00000000 060.00 0.00000000 025.00 0.00000000 061.00 0.00000000 026.00 0.00000000 062.00 0.00000000 027.00 0.00000000 063.00 0.00000000 028.00 0.00000000 064.00 0.00000000 029.00 0.00000000 065.00 0.00000000 030.00 0.00000000 066.00 0.00000000 031.00 0.00000000 067.00 0.00000000 032.00 0.00000000 068.00 0.00000000 033.00 0.00000000 069.00 0.00000000 034.00 0.00000000 070.00 0.00000000