B că 1:ăChạy ắCH NGăTRINHăTINHăLỰCăCONăLĂN ” sẽ xuât hiê ̣n hộp thoại (Hình 4.8).
Hình 4.8. Giao diện chương trình tính lực
B că2:Chương trình yêu câu nhâ ̣p cac thông sô trong hộp thoại (Hình 4.9).
Lưu ý: Khi chúng ta chọn số góc cần nhập, sẽ xuất hiện tiếp các hộp thư thoại yêu cầu cần nhập các góc Anpha (Hình 4.10) và các góc Gamma (Hình 4.11):
Hình 4.10. Chương trình yêu cầu nhập các góc Anpha
B că3: Sau khi nhập các thông số cần thiết, nhấn các nút OK, chúng ta có thể xem kết quả các lực (Hình 4.12).
Hình 4.12. Kết quả các lực tác dụng
Với kết quả lực tìm được, chúng ta có thể kiểm tra bền đối với bộ truyền bánh răng con lăn nhanh chóng và tiện lợi.
Ch ngă5
TÍNH TOÁN VÀ CHểăTẠOăBIểNăḌNGăBỄNHă
RĂNGăCONăLĂN
5.1.ă CỄCă THỌNGă S ă VÀă MỌă H̀NHă BÀIă TOỄNă THIẾTă KẾă CHẾă ṬOă BỄNHăRĂNGăCONăLĂN
Theo các công th c trên, tính toán đối với bộ truyền bánh răng con lăn có các thông số hình học, (bản vẽ chế tạo được trình bày trong phụlục 2):
- Độ lệch tâm c a đĩa Cycloid: A = 6 mm
- Bán kính vòng tròn qua tâm các con lăn răng chốt: R2 = 100 mm - Bán kính con lăn răng chốt: rc = 10 mm
- Số răng đĩa Cycloi d: z1 = 13 - Số đĩa Cycloid: z = 1
- Số chốt đầu ra: z3 = 10
- Bán kính vòng tròn qua tâm các chốt đầu ra: Rt = 60 mm - Bán kính con lăn chốt đầu ra: rp= 5 mm
R100 R5
R10
R60
6
Hình 5.1. Mô tả kích thước hình dáng c̉a bộ truyền bánh răng con lăn được lấy làm ví dụ xác định giá trị các lực
- Chọn hệ số RAz = 1,5 - Hệ số vùng tiếp xúc bằng 47.21mm2 - Chọn hệ số bề rộng đĩa: c 0.1 bd Với các thông số sử dụng:
Công suất cần truyền: P1 = 3 kW
Số vòng quay trên trục vào: n1 = 1420 vòng/phút
Tỉ số truyền: u = z1 = 13
Hiệu suất bộ truyền: η = 0,8
ng suất tiếp xúc cho phép:
R v xH H HL H H Z Z K S K . 0 lim = 509( ) 1 , 1 1 . 560 MPa
Thu được giá trị các lực tác dụng. Với lực tác dụng từ bạc lệch tâm lên lăn lắp đĩa
Cycloid: 57 , 4483 t F N
- Khi đư ng nối tâm trục với tâm bánh răng so với phương nằm ngang một góc =00 có:
Chỉ số th tự Fr (N) Fp (N) 1 758,63 881,09 2 739,11 1360,8 3 658,79 1293,96 4 534,61 769,93 5 371,77 6 194,83 7 0
- Khi đư ng nối tâm trục với tâm bánh răng so với phương nằm ngang một góc = 250 có: Chỉ số th tự Fr (N) Fp (N) 1 138,89 223,89 2 723,45 1054,51 3 694,22 1352,37 4 627,13 1132,27
5 513,39 643,48
6 366,73
7 166,54
- Khi đư ng nối tâm trục với tâm bánh răng so với phương nằm ngang một góc = 450 có: Chỉ số th tự Fr (N) Fp (N) 1 125,82 310,46 2 741,46 974,01 3 695,79 1213,24 4 628,83 1063,35 5 513,98 610,01 6 368,64 7 166,61
5.2.ăăTHIẾTăKẾăBIểNăḌNGăĐĨAăRĂNGăCYCLOID
Với các thông số như đã trình bày trong phần 5.1, và các bước tạo biên dạng bánh răng con lăn trong phần 4.1. Chúng ta tiến hành dựng hình và lắp ráp các chi tiết chính trong bộ truyền như hình vẽ 5.2:
Hình 5.2. Lắp ráp bộ truyền bánh răng con lăn
5.3.ắNGăDỤNGăCAEăTRONGăPHỂNăTệCHăTHIẾTăKẾăBỄNHăRĂNGăCONă LĂNă
Phần này nghiên c u cách xác định ng suất trên bánh răng con lăn bằng cách ng dụng phần mềm SolidWorks để dựng hình chi tiết, sau đó chuyển qua phần mềm ANSYS để tính toán biến dạng và ng suất.
ANSYS (Analysis Systems) là một chương trình phần mềm công nghiệp, sử dụng phương pháp Phần tử hữu hạn (FEM) để phân tích các bài toán vật lý - cơ học, chuyển các phương trình vi phân, phương trình đạo hàm riêng phần từ dạng giải tích về dạng số, với việc sử dụng phương pháp r i rạc hóa và gần đúng để giải.
Để giải bài toán trên ANSYS, trước hết cần đưa ra môhình kết cấu, mô hình bài toán và các điều kiện biên, điều kiện ban đầu hợp lý, cần chọn các kiểu phần tử phù hợp với bài toán cần giải. Sau khi xác lập các điều kiện c a bài toán, ANSYS cho
phép chọn các dạng bài toán. Các kết quả tính toán được lưu trữ vào các file dữ liệu. ANSYS cho phép xuất các dữ liệu được tính toán và lưu trữ dưới dạng đ thị, ảnh đ nhằm quan sát trư ng ng suất, biến dạng, đ ng th i cũng cho phép xuất kết quả dưới dạng bảng số.
Các bước thực hiện để đạt được kết quả dưới đây được trình bày trong phụlục 1 Kết quả được thể hiện các hình dưới đây:
Trư ng ng suất:
Trư ng chuyển vị t ng cộng:
Kết quả tính toán sau khi chạy chương trình có thể xuất ra dưới các dạng file, bảng. ng suất và biến dạng c a vật thể có thể xuất ra dưới dạng ảnh đ phân bố trư ng, qua đó cho phép quan sát và nhận biết được trư ng phân bố c a các giá trị.
Khaiăthác,ăphơnătíchăk tăqu ătínhătoán
Model > Static Structural > Solution > Results
Object Name Equivalent Stress Total Deformation
State Solved
Scope
Geometry 1 Face All Bodies
Definition
Type Equivalent (von-Mises) Stress Total Deformation
Display Time End Time
Results
Minimum 2.7374 MPa 0. mm
Maximum 313.29 MPa 7.4971e-002 mm
Information
Time 1. s
Load Step 1
Substep 1
Iteration Number 1
- Trư ng ng suất tương đương Von-Mises trên đĩa răng được mô tả trên
hình 5.3:
Giá trị lớn nhất bằng: 313.29 Mpa (N/mm2).
Giá trị nhỏ nhất bằng: 2.7374 Mpa
- Trư ng biến dạng trên đĩa răng được môtả trên hình 5.4:
Giá trị lớn nhất bằng: 0.07497 mm.
Qua kết quả thu được nhận thấy ng suất lớn nhất trong đĩa Cycloid tập trung ch yếu tại vị trí tiếp xúc giữa con lăn và răng đĩa Cycloid. Như vậy khi tính độ bền đĩa Cycloid chỉ cần quan tâm đến độ bền ng suất tiếp xúc.
Kiểm tra độ bền tiếp xúc:
- ng suất tiếp xúc cho phép []=509MPa
- ng suất tiếp xúc lớn nhất theo tính toán c a ANSYS = 313.29 MPa
5.4.ắNGăDỤNGăCAMăTRONGăGIAăCỌNGăBỄNHăRĂNGăCONăLĂN
5.4.1. Sơ đ các bước thực hiện gia công chi tiết trên Pro/ENGINEER
Hình 5.5. Lưu đồ quá trình lập QTCN gia công chi tiết trên Pro/Engineer
Khởi động Pro/ENGINEER
Tạo ra hoặc tải một mô hình gia công Xác định phôi ban đầu Xác đinh chi tiết gia công
Hậu xử lý: Chương trình NC theo ngôn ngữ G-Code
Hậu xử lý : Chương trình NC theo ngôn ngữ GThiết lập các dữ liệu gia công
Chi tiết, dụng cụ cắt, đồ gá
Thiết lập một nguyên công Hệ tọa độ
Tạo ra các bước gia công NC - Chọn hoặc tạo một công cụ - Chọn hoặc tạo ra
một mặt phẳng lùi dao - Thiết lập các tham số gia công NC - Thiết lập các đường chạy dao - Hiệu chỉnh đường chạy
dao - Mô phỏng đường chạy dao
Tạo ra các chi tiết sẽ bị cắt bỏ
Xuất ra một file gia công File vị trí dao cắt
Hậu xử lý
5.4.2. Chi tiết sau khi gia công
Với thế hệ các máy CNC hiện nay, việc gia công profin răng đĩa Cycloid đã tr nên dễ dàng nh khả năng điều khiển dụng cụ cắt đi theo quỹ đạo cho trước, đó chính là đư ng EpiCycloid kéo dài xác định theo phương trình (2.26) hoặc chính là đư ng biên dạng c a đĩa Cycloid. Nh sự phát triển c a máy tính điện tử hiện nay thì việc tính toán các quỹ đạo này không còn là vấn đề khó khăn.
Tuy nhiên, để gia công theo phương pháp này đòi hỏi dụng cụ cắt có đư ng kính yêu cầu chính bằng đư ng kính con lăn sẽ ăn khớp với đĩa Cycloid, đây chính là nhược điểm c a phương pháp này do cần phải có những dụng cụ cắt khác nhau theo từng loại sản phẩm.
5.5.ăKIỂMăNGHI MăVÀăĐỄNHăGIỄ
Để đánh giá m c độ chính xác c a biên dạng chi tiết sau khi gia công so với biên dạng trên lý thuyết. Biên dạng sản phẩm sau khigia công đã được tiến hành đo tọa độ bằng máy chiếu biên dạng TESA-SCOPE, 300V TS300, Swiss, tại Viện Công nghệ Cơ khí & Tự động hóa - trư ng ĐH Đà Nẵng. Do chi tiết đối x ng, nên chỉđo 1/4 biên dạng chi tiết (từ 00 đến 900
) với bước đo là 0,3mm
Kết quả đo trên thực tế và kết quả đo trên lý thuyết được trình bày trong phụ lục 3.
Từ kết quả trên, có thể đánh giá biên dạng bánh răng con lăn sau khi gia
KẾTăLUẬN VÀ H ́NGăPHỄTăTRIỂN CỦAăĐỀăTÀI
1.ăKẾTLUẬN
Sau th i gian thực hiện, luận văn đã hoàn thành được các công việc sau đây:
- Xây dựng được 2 chương trình thiết kế biên dạng đĩa Cycloid và chương trình tính các lực tác dụng lên biên dạng đĩa nhằm tạo điều kiện thuận lợi, tiết kiệm th i gian và hiệu quả cho ngư i thiết kế.
- Nghiên c u khái quát về CAD/CAM/CAE và khả năng ng dụng phần mềm trong thiết kế, phân tích thiết kế và gia công cơ khí: sử dụng phần mềm
SolidWorks thiết kế biên dạng chi tiết, tạo cơ s dữ liệu, sử dụng phần mềm
ANSYS tích hợp trong phần mềm SolidWorks nhằm phân tích thiết kế, tính toán độ bền c a chi tiết thiết kế, sử dụng phần mềm Pro/Engineer nhằm lập trình mô phỏng gia công bánh răng trên các máy CNC.
- Nghiên c u lý thuyết về bánh răng con lăn nói chung và bánh răng biên dạng Cycloid, xây dựng biên dạng đĩa Cycloid, thiết lập phương trình biên dạng đĩa Cycloid theo trư ng hợp ăn khớp Epicycloid theo đư ng tròn lăn ngoài.
- Xây dựng được thêm một phương pháp tính ng suất tiếp xúc răng đĩa bằng phần mềm ANSYS được thiết lập trên cơ s lý thuyết phần tử hữu hạn, tạo thuận lợi cho ngư i thiết kế nhanh chóng tính toán và kiểm tra độ bền truyền động bánh răng con lăn, góp phần quan trọng trong việc xây dựng các bước tính toán ng suất, chuyển vị và kiểm tra độ bền, sử dụng phối hợp giữa phần mềm ANSYS và phần mềm SolidWorks.
- Nghiên c u xây dựng trình tự gia công, mô phỏng gia công và lập chương
trình gia công trên máy phay CNC sử dụng phần mềm PRO/ENGINEER, đ ng th i tiến hành gia công thử nghiệm bánh răng con lăn trên máy phay CNC tại khoa Cơ khí Chế tạo máy, trư ng Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
2.ăH ́NGăPHỄTăTRIỂNăCỦAăĐỀăTÀI
Tuy vậy, đề tài vẫn còn một số vấn đề cần tiếp tục nghiên c u phát triển:
- Cần tiếp tục nghiên c u mô hình bài toán tính ng suất uốn trên ANSYS, từ đó xác định chính xác ng suất uốn chân răng và kiểm tra về độ bền uốn.
- Nghiên c u phân tích thiết kế tối ưu hóa hình dạng và kích thước bánh răng con lăn trước khi gia công nhằm giảm chi phí chế tạo thử.
- Nghiên c u tính toán, phân tích bộ truyền bánh răng con lăn có nhiều đĩa răng.
- Cần kiểm nghiệm thực tế chi tiết sau khi gia công để có thể đánh giá chính xác khả năng làm việc c a chi tiết
TÀI LI U THAM KH O Ti ng Vi t:
[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2009), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, Nhà
xuất bản Giáo dục.
[2] Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San, H Viết Bình (2002), Chế độ cắt gia công cơ khí, Nhà xuất bản Đà Nẵng.
[3] GS. TS. Trần Văn Địch (2003), Công Nghệ chế tạo máy, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[4] GS. TS. Trần Văn Địch (2003), Công nghệ chế tạo bánh răng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[5] Tăng Huy (2009), Giáo trình CAD/CAM-CNC, Trư ng Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
[6] Quang Huy, Hoàng Dũng, Tư ng Thụy (2005), Vẽ ̀D và gia công khuôn với INVENTOR và PRO/ENGIEER, NXB Giao thông vận tải.
[7] Vũ Lê Huy (2006),Thiết kếtính toán bộ truyền Bánh răng con lăn, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật,Trư ng đại học bách khoa Hà Nội.
[8] GS.TS. Nguyễn Văn Phái, TS. Trương Tích Thiện (2003), Giải bài toán cơ kỹ thuật bằng chương trình Ansys, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. [9] Trịnh Thành Nhân (2003), Hướng dẫn tự học & thực hành PRO/ENGINEER
Căn bản & nâng cao, NXB Thống kê thành phố H Chí Minh.
[10] GVC Nguyễn Thế Tranh (2007), Giáo trình Công nghệ CAD/CAM, Đại học
Bách khoa Đà Nẵng.
[11] Đinh Bá Trụ (2000), Hướng dẫn sử dụng ANSYS phần 1,2. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[12] Nguyễn Văn Yến, Nguyễn Khánh Linh (2007), “Sử dụng phần mềm ANSYS để tính ng suất uốn chân răng bánh răng”, Tạp chí khoa học và công nghệ, (20), Đại học Đà Nẵng.
[13] Trần Xuân Tùy, Bùi Mạnh Tuấn (2010), “ ng dụng công nghệ CAD/CAM/CAE để thiết kế, chế tạo bánh răng con lăn”, Tạp chí khoa học và công nghệ, (39), Đại học Đà Nẵng.
Ti ngăN căngoƠi:
[14] L.M. SUNG anh Y.C.TSAI (1996). “a study on the mathematical models and
contact ratios of extended cycloid anh cycloid bevel gear sets” department of Mechanical Engineering, National Sun yat-Sen University, Kaohsiung, Taiwan, 80424, Republic of China.
[15] Yunhong Meng, Changlin Wu, Liping Ling (2006), “Mathematical modeling
of the transmission performance of 2K-H pin cycloid planetary mechanism”.
ScienceDirect, Mechanism and Machine Theory, (42) 776-790.
[16] S.K. MALHOTRA anh M.A. PARAMESWARAN (1983), “ Analysis of the
cycloid speed reducer” Mechanism and Machine Theory Vol.18, No.6, pp.491- 499, 1983.
[17] Faydor L. Litvin and others (2002), “New version of Novikov-Wildhaber helical gears: computerized design, simulation of meshing and stress analysis”, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg 191, 2002, 5707-5740.
[18] Kazuhiro Saltou, Kazuhlro, Shinji Nishiwaki, Panos Papalambros (2005), A
survey of Strutural Optimization in Mechanical Product Development,
ASME.
[19] A.A Seireg, Jorge Rodriguez (1997), Optimizing the shape of mechanical
elements and structures, Marcel Dekker.
[20] D.C.H.YANG and J. G.BLANCHE (1990), “Design and application guidelines for cycloid drivers with machining tolerances”. Mechanism and Machine Theory Vol.25, No. 5. pp.487-501.
PHỤăLỤC
Bảng P.1: Tra hệ số K RAz = R2/A(1+z1)
1 .5 1 .6 1 .7 1 .8 1 .9 2.0 2.1 2.2 6 0.971 1.019 1.069 1.118 1.168 1.219 1.269 1.319 7 0.887 0.932 0.977 1 .023 1 .069 1.115 1.161 1.225 8 0.696 0.726 0.756 0.787 0.823 0.873 0.923 0.974 9 0.632 0.658 0.703 0.752 0.801 0.851 0.900 0.949 10 0.539 0.579 0.618 0.657 0.696 0.735 0.773 0.811 1 1 0.512 0.549 0.586 0.623 0.659 0.695 0.730 0.765 12 0.464 0.496 0.528 0.559 0.589 0.618 0.648 0.676 13 0.439 0.468 0.497 0.525 0.552 0.579 0.610 0.643 14 0.403 0.428 0.453 0.477 0.500 0.529 0.558 0.586 15 0.380 0.404 0.426 0.453 0.480 0.508 0.534 0.561 16 0.352 0.373 0.397 0.422 0.447 0.472 0.496 0.520 17 0.333 0.356 0.380 0.404 0.427 0.450 0.472 0.495 18 0.314 0.336 0.358 0.380 0.401 0.422 0.442 0.462 19 0.301 0.322 0.343 0.363 0.382 0.401 0.422 0.444 20 0.286 0.305 0.324 0.342 0.360 0.380 0.399 0.419 21 0.274 0.292 0.310 0.327 0.347 0.366 0.385 0.403 22 0.261 0.278 0.294 0.312 0.330 0.348 0.366 0.383 23 0.251 0.266 0.284 0.301 0.318 0.335 0.352 0.368 24 0.239 0.255 0.272 0.288 0.304 0.320 0.336 0.351 25 0.230 0.247 0.262 0.278 0.293 0.308 0.324 0.340 26 0.222 0.237 0.252 0.267 0.281 0.296 0.311 0.326 27 0.215 0.229 0.243 0.257 0.272 0.287 0.301 0.315 28 0.207 0.221 0.234 0.248 0.262 0.276 0.290 0.304 29 0.200 0.213 0.227 0.240 0.254 0.267 0.281 0.294 30 0.194 0.206 0.219 0.232 0.245 0.258 0.271 0.283 31 0.188 0.200 0.213 0.225 0.238 0.250 0.263 0.276 32 0.181 0.194 0.206 0.218 0.230 0.242 0.255 0.267 33 0.176 0.189 0.200 0.212 0.224 0.236 0.248 0.259 34 0.171 0.183 0.194 0.205 0.217 0.229 0.240 0.252 35 0.167 0.178 0.189 0.200 0.211 0.223 0.234 0.245 36 0.162 0.173 0.184 0.195 0.206 0.216 0.227 0.238 37 0.158 0.168 0.179 0.190 0.200 0.211 0.221 0.232 38 0.154 0.164 0.174 0.185 0.195 0.205 0.215 0.226 39 0.150 0.160 0.170 0.180 0.190 0.200 0.210 0.220 40 0.146 0.156 0.166 0.175 0.185 0.195 0.205 0.215 RAz Z1
41 0.143 0.153 0.162 0.172 0.181 0.191 0.200 0.210 42 0.140 0.149 0.158 0.167 0.177 0.186 0.195 0.205 43 0.136 0.145 0.155 0.164 0.173 0.182 0.191 0.200 44 0.133 0.142 0.151 0.160 0.169 0.178 0.187 0.196 45 0.131 0.139 0.148 0.157 0.165 0.174 0.183 0.191 46 0.128 0.136 0.145 0.153 0.162 0.170 0.179 0.187 47 0.125 0.133 0.142 0.150 0.158 0.167 0.175 0.183 48 0.122 0.131 0.139 0.147 0.155 0.163 0.171 0.180 49 0.120 0.128 0.136 0.144 0.152 0.160 0.168 0.176 50 0.118 0.125 0.133 0.141 0.149 0.157 0.165 0.173 51 0.115 0.123 0.131 0.139 0.146 0.154 0.162 0.169 52 0.113 0.121 0.128 0.136 0.143 0.151 0.159 0.166 53 0.111 0.119 0.126 0.133 0.141 0.148 0.156 0.163 54 0.109 0.116 0.124 0.131 0.138 0.145 0.153 0.160 55 0.107 0.114 0.121 0.129 0.136 0.143 0.150 0.157 56 0.105 0.112 0.119 0.126 0.133 0.140 0.147 0.154