Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật thiết kế, mô phỏng và chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu

  • Số trang: 25 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 13 |
  • Lượt tải: 0
hoangtuavartar

Đã đăng 24635 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BẢN TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BỘ KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU RĂNG CẦU NGUYỄN THỊ HẢI THÁI NGUYÊN, NĂM 2012 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cơ cấu bánh răng là cơ cấu rất phổ biến trong truyền động cơ khí. Các cơ cấu bánh răng truyền thống (bánh răng trụ, bánh răng côn, trục vít bánh vít, bánh răng thanh răng) đã được nghiên cứu rất hoàn chỉnh về mặt lý thuyết cũng như phương pháp chế tạo. Tuy nhiên với các cơ cấu bánh răng truyền thống có độ cứng vững cao, chế tạo đơn giản nhưng chỉ có 1 hoặc 2 bậc tự do nên khả năng linh hoạt kém. Cơ cấu răng cầu được phát minh bởi Pan Cunyun và Shang Jianzhong vào năm 1990 là cơ cấu răng mới có nhiều bậc tự do, khả năng linh hoạt rất cao do đó nó có thể truyền chuyển động và truyền lực trong không gian.Về nguyên lí, cơ cấu có thể hoạt động như một khớp cầu không gian với khả năng truyền động ăn khớp răng. Trên thế giới cơ cấu răng cầu được ứng dụng trong các cơ cấu đòi hỏi tính linh hoạt và độ chính xác cao trong truyền động như khớp cổ tay, cánh tay rôbốt, máy dẫn đường cho tên lửa, hệ thống điều khiển ăngten vệ tinh, cơ cấu phun sơn… Theo các tài liệu công bố gần đây [1]… [7], cơ cấu răng cầu mới chỉ được nghiên cứu và hoàn thiện về mô hình truyền động, mô hình toán học, cấu trúc động lực học. Việc thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh cơ cấu răng cầu vẫn chưa được công bố. Trong các tài liệu nghiên cứu đã được công bố về cơ cấu răng cầu: tác giả S.-C Yang đưa ra mô hình toán học của răng cầu loại vành răng liên tục 2 bậc tự do [1]; tác giả Li Ting và Pan Cunyun nghiên cứu về máy mài và ứng suất tiếp xúc của cơ cấu răng cầu [2]; đặc tính tiếp xúc của cặp bánh răng cầu là kết quả nghiên cứu của hai tác giả Li-Chi Chao và Chung-Biau Tsay[3]. Các nghiên cứu trên mới chỉ đưa ra mô hình và 2 đặc điểm động học của cơ cấu răng cầu mà chưa đưa ra thiết kế cụ thể để chế tạo ra cặp truyền động răng cầu. Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Thiết kế, mô phỏng và chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu”. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2.1.Ý nghĩa khoa học. Sự khác biệt cơ bản của cơ cấu răng cầu và bánh răng truyền thống là đường thân khai cầu của nó. Sự hình thành đường thân khai là cơ sở để hình thành các yếu tố hình học của cơ cấu răng cầu. Tuy vậy, phương trình biên dạng răng của vành răng cầu thân khai có quan hệ với bánh răng trụ tròn. Qua đó, ta xác định được các phương trình biên dạng của răng cầu. Nhận thấy rằng bề mặt vành răng cầu là bề mặt không gian có cấu tạo hình học phức tạp, profile của nó là đường thân khai phẳng, dựa trên cơ sở này để chế tạo cơ cấu răng cầu. Các nghiên cứu về răng cầu là chưa hoàn thiện, việc thiết kế và chế tạo răng cầu là rất cần thiết. Chế tạo răng cầu đạt độ chính xác cao là vấn đề rất lớn mà các nhà khoa học đang quan tâm nghiên cứu. Vì thế mục tiêu chủ yếu của đề tài là thiết kế và chế tạo cặp răng cầu đảm bảo độ chính xác yêu cầu. 2.2.Ý nghĩa thực tiễn. Thiết kế cơ cấu răng cầu làm cơ sở cho việc chế tạo răng cầu có ý nghĩa rất lớn. Nếu thành công sẽ có thể chế tạo được răng cầu ngay trong nước. Đây là điều kiện quan trọng để phát triển sản phẩm mới ứng dụng trong kỹ thuật. 3. Mục tiêu của đề tài 3 - Nghiên cứu lý thuyết về bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu. - Thiết kế bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu. - Mô phỏng quá trình chế tạo bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu. - Chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu. - Kiểm tra độ chính xác. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. 5. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài Chương 1: Tổng quan về cơ cấu răng cầu. Chương 2: Thiết kế bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu. Chương 3: Chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu. Chương 4: Đánh giá kết quả thực nghiệm. 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU RĂNG CẦU 1.1. Sự hình thành cơ cấu răng cầu 1.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai Trên hình 1.3 mô tả nguyên tắc hình thành bề mặt vành răng thân khai. Ở đây C là đường tròn cơ sở, KK là đường sinh, N và S là hai giao điểm của mặt cầu cơ sở với trục quay, KK và trục quay nằm trong mặt phẳng với đường tròn cơ sở. Hình 1.3.Sự hình thành bề mặt vành răng thân khai. 5 1.1.2. Sự hình thành cơ cấu răng cầu vành răng thân khai. 1.2. Đặc điểm về kết cấu và lắp ráp của Mặt cầu cơ sở cơ cấu răng cầu. . 6 Hình 1.6. Mặt nón ăn khớp của cơ cấu 1.3. Đặc điểm truyền động của cơ cấu răng cầu. Khi một cặp bánh răng cầu ăn khớp, điểm tiếp xúc của 2 hình cầu tạo nên một dao động lắc ngang thuần tuý từ đầu đến cuối. Vì lý do này, hai biên dạng răng tiếp xúc từ đầu đến cuối trong quá trình ăn khớp. 1.4. Điều kiện ăn khớp đúng của cơ cấu răng cầu. Môđun mặt cơ sở và góc áp lực phải bằng nhau, và giá trị được tiêu chuẩn hoá: mn1 = mn2 = m αn1 = αn2 = α Ngoài ra hai cơ cấu răng cầu ăn khớp phải là một đôi với một cơ cấu răng lồi và một cơ cấu răng lõm. 1.5 Điều kiện truyền động liên tục của cơ cấu răng cầu. Độ dài của đường thẳng tiếp xúc thực tế, khoảng cách pháp tuyến giữa các răng liền kề, và công thức tính toán độ trùng khớp, tất cả đều như nhau: 7  B1B2   Z1  tg a1  tg '  Z 2  tg a 2  tg '  / 2 pb (1) Ở đây, B1B2 là chiều dài của đường ăn khớp thực, pb là khoảng cách chuẩn của cơ cấu răng cầu. Z1,Z2 là số răng của bánh răng tương ứng, αn1, αn2 là góc áp lực của hai bánh răng tương ứng, α là góc ăn khớp. 1.6. Phƣơng trình tham số biên dạng răng ∑1 của cơ cấu răng cầu thứ nhất. x10  rb sin(u )  u cos(u )  y10  rb cos(u )  u sin(u    z10  0  Ở đây u  k   k gọi là góc cuộn. k  tg k   k gọi là hàm số thân khai.  k là góc áp lực trên điểm k trên đường thân khai, rb là bán kính của đường tròn cơ sở. 8 Trong khi trên hệ toạ độ Y-X phương trình tham số của đường Đường thân khai Vành thân khai Hình 1.7. Hệ tọa độ của cơ cấu răng cầu vành răng thân khai. thân khai có những thay đổi sau đây: 1.7. Phân tích động học của cơ cấu răng cầu. 1.7.1. Mô hình toán học chuyển động của cơ cấu răng cầu. 1. Trước tiên, quay trục ym đến trục ym (yn), sự thay đổi hệ trục O, x j , y j , z j  thành ra hệ trục O, xm , ym , zm  . 2. Thứ hai, quay trục ym đến trục ym (yn), sự thay đổi hệ trục O, xm , ym , zm  thành ra hệ trục O, xn , yn , zn  . 3. Cuối cùng, quay trục yn đến trục yj, sự thay đổi hệ trục O, xn , yn , zn  thành ra hệ trục O, x j , y j , z j  . 9 Kể từ hệ trục O, xi , yi , zi  và trục K không có sự quay với góc  , mối quan hệ vị trí giữa hệ toạ độ O, xi , yi , zi  và hệ toạ độ O, xm , ym , zm  là giống như mối quan hệ vị trí giữa hệ toạ độ O, x , y , z  và hệ toạ độ O, x , y , z  . Từ công thức 5 mối quan j j n j n n hệ của hai hệ toạ độ được mô tả bằng ma trận (29). Hình 1.9: Phép quay của hai hệ trục toạ độ quanh trục. 1.7.2. Phân tích động học của cơ cấu răng cầu. (a) (b) Hình 1.10. Mối quan hệ của góc quay và toạ độ trong 10  1  arccos  cos1x cos1z       sin 1z    arcsin  2 2   1  cos 1x cos 1z    2  i1  1z  arcsin   cos  cos  2 / i       sin  2 / i      arccos  1x 2 2   1  cos  c sin  / i   2   1.8. Kết luận: Nội dung của chương 1 đã giải quyết được các vấn đề sau: - Cơ cấu bánh răng cầu là cơ cấu truyền động không gian. Về mặt nguyên lý cho phép truyền động trên bề mặt cầu với cơ cấu bánh răng cầu là tùy ý với một tỉ số truyền xác định. Tuy nhiên do hạn chế về mặt kết cấu nên các nhà nghiên cứu trên thế giới mới đưa ra cơ cấu hai bậc tự do. Để phát triển các mô hình ứng dụng bánh răng cầu cần có những nghiên cứu tiếp theo. - Các khảo sát về đặc điểm kết cầu và lắp ráp, đặc điểm truyền động, điều kiện ăn khớp đúng, điều kiện trùng khớp, phương trình tham số biên dạng răng của bánh răng cầu nhằm làm cơ sở cho việc thiết kế động học cho các máy móc dùng để chế tạo bánh răng cầu. - Việc phân tích động học của cơ cấu bánh răng cầu nhằm làm cơ sở cho các nghiên cứu lựa chọn giải pháp công nghệ chế tạo bánh răng cầu chính xác, hiệu quả theo yêu cầu kỹ thuật của nó. 11 CHƢƠNG 3: CHẾ TẠO BỘ KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU RĂNG CẦU 3.1. Tính toán, thiết kế cơ cấu: 3.1.1. Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu: Đường kính vòng chia: d = m*Z =3*25=75 (mm) Đường kính vòng đỉnh: da= d + 2*m =75+2*3=81 (mm) Đường kính vòng chân: df = d – 2,5*m =75-2,5*3=67,5 (mm) Chiều cao răng : h = (2+2,5)* m/2=(2+2,5)*3/2=6,75 (mm) Biên dạng bánh răng thân khai trên hình 3.2 xây xựng cho bánh răng cầu lồi, trục xoay x-x đi qua tâm bánh răng và trung điểm đỉnh x Truïc xoay Voøng ñænh Ñöôøng thaân khai Voøng chia Voøng cô sôû Voøng chaân   O răng. x Hình 3.1. Biên dạng bánh răng thân khai. Các thông số tương tự cho cơ cấu răng cầu lõm. Chỉ khác là lúc này trục quay đi qua rãnh răng. 3.1.2. Hình học cơ cấu răng cầu: 12 Truïc xoay Truïc xoay O O Như vậy ta thấy biên dạng răng cong của bánh răng cầu trên trục quay trong bất kỳ mặt cắt nào đều là biên dạng thân khai, và tất cả các đường thân khai tạo thành một vành răng cong. 3.2. Các giải pháp chế tạo răng cầu: 3.2.1.Phƣơng pháp chép hình. Gia công chép hình cơ cấu răng cầu có hai phương pháp là tiện chép hình và phay chép hình. 3.2.1.1. Phƣơng pháp tiện chép hình. n1 Baùnh raêng caàu O Cơ cấu răng cầu n fñoä Dao tieän T Hình 3.3. Sơ đồ tiện chép hình cơ cấu răng cầu. 13 3.2.1.2. Phƣơng pháp phay chép hình. Baùnh raêng caàu n1 O Cơ cấu răng cầu n fñoä S Dao phay nd Hình 3.4. Sơ đồ phay chép hình cơ cấu răng cầu. Phương pháp này cho độ chính xác không cao, độ chính xác chi tiết gia công phụ thuộc chủ yếu vào độ chính xác chế tạo dụng cụ cắt và độ chính xác của quá trình phân độ, định vị. Phương pháp này chỉ áp dụng đối với sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ, cho các bộ truyền có độ chính xác không cao. 3.2.2 Phƣơng pháp bao hình. 3.2.2.1. Phƣơng pháp tiện bao hình. 1 Baùnh raêng caàu Cơ cấu răng cầu Dao thanh raêng O n2 T Hình 3.5. Sơ đồ tiện bao hình cơ cấu răng cầu. 14 phay bao hình 3.2.2.2. Phƣơng pháp phay bao hình. n1 O Baùnh raêng caàu Cơ cấu răng cầu n2 T Dao phay nd Hình 3.7. Sơ đồ phay bao hình cơ cấu răng cầu. Phay bao hình cơ cấu răng cầu cho năng suất cao do có nhiều lưỡi cắt đồng thời tam gia cắt đồng thời đem lại chất lượng cho bề mặt chi tiết gia công. Phƣơng pháp mài bao hình. 3.2.2.3. 3.2.3. Phân tích lựa chọn phƣơng pháp: Trong điều kiện sản xuất loạt nhỏ có thể sử dụng giải pháp tiện chép hình cơ cấu răng cầu trên trung tâm tiện CNC. Để đảm bảo độ chính xác, dao tiện được chép hình theo đúng biên dạng rãnh răng trên máy cắt dây. Tuy nhiên, đây chỉ là biện pháp gia công thô, độ chính xác cũng như chất lượng bề mặt phụ thuộc nhiều yếu tố, do đó, giải pháp tiện chép hình chỉ nên sử dụng ở nguyên công gia công thô. Điều cần chú ý là giải pháp công nghệ để đảm bảo chất lượng đồng đều trên toàn bộ bề mặt gia công. 3.3. Thiết kế, chế tạo dao tiện: 3.3.1. Những vấn đề cơ bản về tiện chép hình 15 3.3.2. Thiết kế dao tiện chép hình cắt răng môđuyn m = 3, Ztđ = 25: 3.3.2.1. Vật liệu dụng cụ cắt: *) Vật liệu phần cắt: Sử dụng hợp kim cứng hai các-bít T15K6 *) Vật liệu phần thân dao: Sử dụng thép các-bon dụng cụ Y10 để làm phần thân dao. 3.2.2.2. Thiết kế phần thân khai hiệu dụng của prôfin: Biết các thông số sau của cơ cấu răng cầu cần gia công như sau: Mô đun: m = 3 Số răng: Ztđ = 25 Góc prôfin của dạng thanh bánh răng: α∂ = 200 3.3.2.4. Xác định các góc độ của dao: a) Góc trước: Góc trước: γ = 0º - Để đơn giản trong việc chế tạo và giữ prôfin không đổi trong quá trình mài sắc dao. b) Góc sau: Đối với dao hợp kim cứng, lượng chạy dao S ≤ 0,25mm/vòng, vậy dao tiện sẽ có góc sau α = 12º. Hình ảnh dao tiện như sau: 16 Hình 3.13. Mảnh dao tiện chép hình 3.3.3. Chế tạo dao tiện: Mảnh dao sau khi được cắt trên máy cắt dây sẽ được hàn với thân dao. Hình ảnh cắt mảnh dao tiện định hình được sử dụng để cắt cơ cấu răng cầu như sau: Hình 3.14. Quá trình cắt dây tạo biên dạng phần cắt của dao tiện định hình 3.4. Chế tạo thực nghiệm: 17 3.4.1. Gá dao: Để đảm bảo biên dạng thân khai của răng không bị biến dạng, dao tiện phải được gá ngang tâm. Với mỗi lần phân độ gia công một rãnh răng sẽ đặt thêm một phiến tì định vị. 3.4.2. Phôi Phôi thực nghiệm cho gia công là phôi hợp kim nhôm. Sau đây là một số hình ảnh về phôi ban đầu và phôi sau khi đã tiện cầu trên máy tiện CNC: 18 3.4.3. Chế độ cắt khi tiện trên máy CNC: 3.4.3.1. Chiều sâu cắt khi tiện: Để đạt nhám bề mặt gia công Ra = 0,8, thì chiều sâu cắt khi tiện t = 0,1 - 0,4 mm. Chọn t = 0,2 mm. 3.4.3.2. Lƣợng chạy dao (bƣớc tiến) S, mm/vòng: Lượng chạy dao S = 0,04 - 0,085mm. Chọn lượng chạy dao S = 0,05 mm. 3.4.3.3. Tốc độ cắt: Quan hệ giữa tốc độ cắt và số vòng quay trục chính: n D t t Hình 3.17: Sự biến thiên của đường kính gia công và tốc độ trục chính theo thời gian 3.5. Nhận định kết quả: 19 3.5.1.Thuận lợi: So với các phương pháp khác sử dụng để gia công cơ cấu răng cầu thì phương pháp tiện chép hình có một số ưu điểm nổi bật như sau: - Nguyên lý gia công tương đối đơn giản. - Dụng cụ cắt chế tạo dễ dàng bằng phương pháp cắt dây mà vẫn đảm bảo chính xác biên dạng thân khai. - Chi tiết sau khi gia công bằng phương pháp tiện định hình đảm bảo độ chính xác về biên dạng thân khai cũng như đảm bảo độ chính xác ăn khớp. - Chi phí gia công tương đối thấp. 3.5.2. Khó khăn: Tuy vậy, tiện chép hình cũng chỉ được dùng trong việc gia công thô do còn tồn tại những hạn chế như sau: - Trong quá trình cắt, do biên dạng dao phức tạp và bề rộng cắt lớn, góc độ dao thay đổi liên tục, lực cắt, nhiệt cắt lớn, do vậy chất lượng bề mặt chi tiết gia công chưa cao và không đồng đều trên bề mặt của một răng cũng như giữa các bề mặt răng. - Độ chính xác ăn khớp còn thấp do việc định tâm quay của cơ cấu răng cầu chưa chính xác, gây lực ép lên bề mặt răng làm trầy xước mặt răng. - Góc sau của dao thay đổi liên tục trong quá trình gia công, đó là nguyên nhân làm giảm chính xác biên dạng thân khai của răng. Tuy nhiên, lượng sai số nằm trong phạm vi cho phép. - Ảnh hưởng sai số gá đặt và định vị đến độ chính xác hình học lớn. 20
- Xem thêm -