Thiết kế và chế tạo cánh tay máy ba bậc tự do

V, và các nhà nghiên cứu thuộc trường phái khối SEV trước đây thì phát biểu: “RoBot công nghiệp là những máy hoạt động tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đố

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH CƠ TIN KỸ THUẬT

tư

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập — Tự Do —- Hạnh Phúc

Khoa cơ khí tự động — robot PMA EEE

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(chú ý: sinh viên phải dán tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết mình)

HỌ VÀ TÊN: PHAN DANH NGÔN MSSV: 97TH319

HQ VA TEN: PHAM HONG THAI MSSV: 99KC079

HO VA TEN: NGUYEN THI BON MSSV: 99KC006

NGÀNH: CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG - ROBOT

1 ~ Đầu để Đề án: Cánh tay máy cấu trúc một bậc tự do quay và hai bậc tự do

tỉnh tiến (Q~ T~ T)

2 - Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

1) xác định tẩm với của tay máy, góc quay, độ cao di chuyển

2) Xác định công suất động cơ loại động cơ 3) Tính toán động học (xác định phương trình chuyển động) 4) Tính toán động lực học

5) Thiết kế mạch điều khiển công suất 4 động cơ bước 6) Viết chương trình điều khiển

7) Chế tạo mô hình

3 - Ngày giao nhiệm vụ đổ án: 29 - 09 —2003

4— Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 27 —12 — 2003

5 - Họ và tên cần bộ hướng dẫn: Phần hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghữ rõ bọ tên)

Khoa Cơ Khí Tự Động-Robot xt ore

Ngành : waders afta Theme : ⁄KCo4

2- Để tài : âu be CÁC ha ath meg "he đc

3- Họ tên cán bộ hướng dẫn :

Số tài liệu tham khảo wth Da Phần mềm tính toán <4

Hiện vật (sản phẩm) S1

5- Tổng quát về các bản vẽ :

- Tổng số bản vẽ : Bản A1: Bản A2: Khổ khác:

- Số bản vẽ vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính:

6- Những ưu điểm chính của Độ Án Tốt Nghiệp :

hy Ra tat AE Pre | i Cel 6b, Whang fete’ “kg flee by es os

+ Girt Bie Langlois tens - hệ, địa 66c, ` 2u s8 THẺ là T

A4, yÁ xe re ” beds Webs ddan

0 la ty HÀ „h4, 42 ANe, the

— tab ae fab Le! Se

7- Những thiếu xót chính của Đồ Ấn Tốt Nghiệp :

su hare, Tu Je the, — tap” x.Ð ke! Kệ ® “up nề TA sa sal

nal ade ae Celt Le

a¿Oulau cáo 2Á #x# a china ek Cao hts

_GuaÁ d2 kệ ca đệ : i heck Luihs Can

bac in thin Kn “chet Co gy his Ea

Không được bảo vệ L:

Được bảo vệ WÔ Bổ sung thêm để bẩo vệ ©

§- Để nghị :

9- Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước Hội đồng :

a 2.0 hip canh “hờ, Of Beker

ad) Gain hited ve Ch Tư hae, Pate sty

Dj a? Used, Shi, vec khi P274

wo Cong eas The ấn Het ly Ca a pla hat,

Ky tén (Ký và ghi ré ho tên)

fe Tad had Gre

Ty Oy Guy

My

Khoa Cơ Khí Tự Động-Robot xư re

- Số bản vẽ vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính:

6- Những ưu điểm chính của Đề Án Tốt Nghiệp :

» Ae A, eA, tees, Sed AY

MÃI: < Lưài eA NPAC all oft ane

7 - Những th thiéu xót chính của Đô Án Tốt Nghiệp :

8- Đề nghị: Được bảo vệ W Bổ sung thêm để bảo vệ Không được bảo vệ ñ

[> Câu hôi sinh viên phải trả lời trước Hội đồng: _

| +: Ccc 6x2 ¬ fet ane ben "m

Ký tên (Ký và ghi rõ họ tên) a Fi

Khoa Cơ Khí Tự Động-Robot FoR Oe

PHIẾU NHÂN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho cón bộ hướng dẫn)

1-Họ và TênSV — : ÈA4sa 4ml H2eaa MSSV: AMS

3- Họ tên cán bộ hướng dẫn :

4- Tổng quát về bản thuyết minh :

Số bảng số liệu ses ena Số hình vẽ 6

Số tài liệu tham khảo “42 Phần mềm tính toán A

Hiện vật (sản phẩm) -——4~

{ _ 5- Tổng quát về các bản vẽ :

- Tổng số bản vẽ : Bản AI: Bản A2: Khể khác:

- Số bẩn vẽ vẽ tay: Sế bản vẽ trên máy tính:

6- Những ưu điểm chính của Đô An Tốt sai

8- Để nghị: Được bảo vệ X Bổ sung thêm để bảovệ Ø Không được bảo vệ —

9- Câu hải sinh viên phải trả lời trước Hội đồng

=> a exc ah os Ben ee -= sae os Roo ae

in aaa,

i? en Cat Gan 35 Tung ae ES, wen

TP.Hồ Chí Minh, Ngày , Tháng ' Năm

XÁC NHÂN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Năm

LỜI CẢM ƠN!

Để hoàn thành được tập luận án này chúng em đã gặp không íL

khó khăn nhưng dưới sự giúp đỡ tận tình của thầy Lê Đình Phương,

những thấy hướng dẫn, quỷ thấy cô của khoa Cơ khí tự động — RoBoi Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ đã giúp ãã chúng tôi hoàn thành

luận văn này

Bên cạnh đó còn có sự hỗ trợ của khoa Cơ khí tự động _ RoBot đã

giúp chúng em thực biện mô hình Không có sự biết ơn nào dé bày tô sự

biết ơn của chúng em đổi với quý thấy cô trong khoa

Trong thời gian làm luận văn này còn có sự giáp đỡ của các bạn

nên đề án mới kịp hoàn tất đúng thời hạn Xin được cảm ơn các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng với quỹ thời gian hạn chế nên luận văn này vẫn còn nhiều thiếu xót Kinh mong quý thầy cô cùng các

bạn đóng góp ý kiến để tập luận văn này được hoàn thiện hơn

Lời cuối cùng xin chân thành câm ơn thay Lê Đình Phương, những

thây hướng dẫn và quý thây cô của khoa Cơ khí tự động — RoBot Trường

Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ, cùng các bạn đã giúp đỡ chúng cm

Xin chân thành cảm ơn

Luận văn này nghiên cứu về việc “Thiết kế và chế tạo cánh tay máy 3 bậc tự do” ứng dụng trong quy trình sản xuất tự động như : gắp

sản phẩm hoặc hàn chỉ tiết Nhưng trước hết luận văn này sẽ được ứng dụng thử nghiệm trong nhà trường trước khi có thể ứng đụng vào trong

thực tế

Luận văn này bao gồm ba phần chính như sau:

Phần I: Mở đầu

So lude về khái niệm robot và các ứng dụng của nó trong công

nghiệp Giới thiệu mô hình

Phương pháp điều khiển động cơ bước và lập trình điểu khiển

cánh tay máy bằng ngôn ngữ Delphi.

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Sơ lược về khái niệm robot

I Lich sử ra đời và phát triển của robot

1I Phân loại

II Một số ứng dụng điểm hình của robot

IV Tình hình ứng dụng robot tại Việt Nam

PHẦN I: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

Chương 1: Truyền động bánh răng

1.1 Khái niệm chung

Chương 2: Truyền động vít — đai ốc

2.1 Ren

2.2 Cơ sở tính toán thiết kế tuyển động vít — đai ốc

2.3 Tính toán truyền động vít — đai ốc

2.4 Đánh giá bộ truyén vit — đai ốc

Chương 3: Ô lăn

3.1 Cấu tạo và phân loại ổ lãn

3,2, Cơ sơ tính toán lựa chọn ổ lăn

3.3 Xác định kích thước ổ lăn

3.4 Kết cấu gối đỡ ổ và lắp ghép ổ lăn

3.5, Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của ổ lăn

PHAN I: MACH DIEU KHIỂN

Chương 1: Tổng quan về mạch khuếch đại

1.1 Tổng quan về lính kiện

1.2 Ba cách ráp căn bản của mạch khuếch đại

1.3 Mạch khuếch đại công suất

Chương 2: Tổng quan về vì mạch

2.1 Định nghĩa và phân loại

2.2 Phân loại theo bản chất tín hiệu vào ra của vi mach

2.5 Những thông số của vi mạch

2.6 Các cổng logic căn bản

2.7 Mach logic TTL

2.8, Các dạng mạch ngõ ra

2.9 Giao tiếp các loại vi mạch

Chương 3: Mạch điều khiển

3.1 Giới thiệu vi mạch 74LS138

3.2 Giới thiệu vi mạch 74LS02

3.3 Giới thiệu vi mạch 74LS157

3.4 Giới thiệu vi mạch 74LS373

3.5, Cổng máy in song song

3,6 Sơ đồ mạch điều khiển

3.7 Tính toán mạch công suất

1I Đặc điểm chung của động cơ bước

III Những vấn để cụ thể về từng loại động cơ

1V Một số công thức tính toán của động cơ bước từ trở thay đổi

V Phương pháp điều khiển động cơ bước

VI Phương pháp điểu khiển nửa bước

VII Một số công thức cơ bản của động cơ bước

VII Mạch điểu khiển động cơ bước

1X Động cơ bước nam châm vĩnh cửu và động cơ hỗn hợp

X, Cấu tạo — truyễn động của vít me

Chương 2: Lập trình giao tiếp qua cổng song song

I Giao tiếp qua cổng song song

II Chương trình chuyển động của cánh tay máy

Trường DHDL Kỹ Thuật Câng Nghệ i

SƠ LƯỢC VỀ KHÁI NIỆM ROBOT

Hiện nay, chưa có định nghĩa chính xác về RoBot, RoBot là khái niệm rất đa đạng, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Có rất nhiều Nhà nghiên cứu, Viện nghiên cứu đưa ra rất nhiều các định nghĩa khác nhau về RoBot, điều này cho thấy

có rất nhiều quan điểm khác nhau về RoBot:

Viện nghiên cứu RoBot Hoa Kỳ đưa ra một định nghĩa về robot như sau :

“RoBot là một tay máy nhiều chức năng, thay đổi được chương trình hoạt động, được dùng để di chuyển vật liệu, chỉ tiết máy, dụng cụ hoặc dùng cho những công việc đặc biệt thông qua những chuyển động khác nhau đã được lập trình nhằm mục đích hoàn thành những nhiệm vụ đa dạng” (Schlussel , năm 1985)

MIKELL P.GROOVER là một nhà nghiên cứu hàng đầu trong lĩnh vực RoBot thì cho

rằng :“RoBot công nghiệp là những máy, thiết bị tổng hợp hoạt động theo

chương trình có những đặc điểm nhất định tương tự như con người ”

ARTOBOLEVSKI I L,VOROBIOV M V, và các nhà nghiên cứu thuộc trường phái khối SEV trước đây thì phát biểu: “RoBot công nghiệp là những máy hoạt động

tự động được điều khiển theo chương trình để thực hiện việc thay đối vị trí của

những đối tượng thao tác khác nhau với mục đích tự động hóa các quá trình sản

xuất”

Theo giáo sư Sitegu WATANABE thuộc Đại học tổng hợp TOKYO thì một RoBot

công nghiệp phải thỏa mãn NĂM yết tố sau :

- _ Có khả thay đổi chuyển động

-_ Có khả năng cảm nhận được đối tượng thao tác

- Có số bậc chuyển động cao

- Có khả năng thích với môi trường hoạt động

-_ Có khá năng hoạt động tương hỗ đối với đối tượng bên ngoài

Theo giáo sư MASAHIRO MORI thuộc viện công nghệ Tokyo thì RoBot công nghiệp phải có những đặc điểm sau:

- Có khả năng thay đổi chuyển động

- Có khả năng xứ lý thông tin (biết suy nghĩ )

- Có tíng vạn năng

- Có những đặc điểm của người và máy

Ở trên là một số định nghĩa của các nhà nghiên cứu về RoBot, nhưng theo

mô hình quản lý ISO thì “RoBot công nghiệp là một tay máy đa mục tiêu, có một số bậc tự do dễ đầng lập trình điều khiển trợ động , dùng để tháo lắp phôi,

dụng cụ hoặc các vật dụng khác Do chương trình thao tác có thể thay đổi nên

thực hiện nhiều nhiệm vụ đa đạng”

Xuất phát từ những khác biệt định nghĩa vê RoBot nói trên cho thấy RoBot

là khái niệm phức tạp được điều khiển bằng chương trình , có khả năng chuyển động một cách linh hoạt, cảm nhận được đối tượng thao tác, và có đặc điểm gần giống như con người nói chung RoBot nhằm để phục vụ giải trí đến thực hiện những công việc phục vụ cho đời sống con người không làm được

L LICH SURA DOI VA PHAT TRIEN CUA ROBOT:

- Thuat ngif RoBot xuat hién dau tién 6 NEWYORK vio ngày 09/10/1920 trong một tác phẩm văn học của nhà văn Tiệp Khắc có tên KAREN KAPEK viết vào năm 1921

- Vào năm 1948, tại Phòng thí nghiệm quốc gia ARGONNE, Nhà nghiêm cứu GOERTZ đã chế tạo loại tay máy đôi điều khiển từ xa đầu tiên, đến năm 1954, Ông GOERT tiếp tục chế tạo một dạng tay máy đôi sử dụng động cơ Servo và

có thể nhận biết lực tác động lên khâu cuối

- _ Năm 1954 GEORGE DEVOL đã thiết kế RoBot lập trình với điểu khiển

chương số đầu tiên nhờ một thiết bị do ông phát minh được gọi là “ Thiết bị

chuyển khớp được lập trình” JOSEPH ENGELBERGER, người mà ngày nay

thường được gọi là cha đẻ của RoBot công nghiệp, đã thành lập hãng

UNIMATION sau khi mua bản quyền thiết bị của Devol

- Đến năm 1959 ông DEVOL, cùng với JOSEPH ENGELBERGER đã chế tạo

ra RoBot công nghiệp đầu tiên

- Nim 1962, RoBot UNIMATION dau tiên được đưa vào sử đụng tại hãng General Motors tai TRENTON, NEW JERSEY, HOA KY

- Năm 1967 NHẬT BẢN nhập chiếc RoBot công nghiệp đầu tiên từ công ty

AMF (American Machine and Foundry company) cia HOA KY

- N&m 1990 có hơn 40 công ty NHẬT BẢN đưa ra thị trường nhiễu loại RoBot

- - Đến nay trên thế giới có khoảng trên 200 công ty sản xuất RoBot công

nghiệp trong số đó có 80 công ty của NHẬT, 90 công ty của các nước TÂY ÂU,

30 công ty của Mỹ và một số công ty ở Nga, các nước Đông Âu cũ

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 3

IL PHAN LOẠI:

Có nhiều chủng loại RoBot khác nhau và cấu tạo của chúng cũng khác nhau

để hiểu rõ nguyên tắc hoạt động của chúng, người ta sử dụng những đặc điểm

khác nhau cơ bản nhất của RoBot để giúp cho việc nhận biết được dé dang

1 Phân loại theo dạng hình học :

Để dịch chuyển khâu tác động cuốt của robot đế vị trí của đối tượng phải có

ba bậc chuyển động chuyển đời hay chuyển động định vị (bậc tự do) Những

RoBot công nghiệp thường không sử dụng quá bốn bậc tự do vì thông thường chỉ cần ba bậc là đủ để cho RoBot hoạt động tốt và hiệu quả

Robot được phân loại theo sự phối hợp giữa ba trục chuyển động cơ bắn rồi

sau đó bổ sung thêm bậc để giúp cho nó hoạt động linh hoạt hơn Vùng giới hạn

tầm hoạt động của RoBot được gọi là không gian làm việc

a Robot tọa độ vuông góc (Cartesian RoBot t):

Robot loại này cơ bản gồm ba chuyển động tịnh tiến dọc theo ba trục vuông góc

b Robot toa độ trụ (Cylindrical RoBot ):

- Gồm hai trục chuyển động tịnh tiến và một trục quay

c Robot tog dé cdu(Spherical RoBot ):

- Ba bậc chuyển động cơ bản gồm một trục tịnh tiến và hai trục quay

d Robot khép ban lé (Articular RoBet ):

- Ba bậc chuyển động cơ bản gồm ba trục quay, bao gồm cả kiểu robot SCARA

RoBot dạng

2 Phân loại theo thế hệ:

Trong quá trình phát triển của RoBot ta có thể chia theo mức độ sau:

a Robot theo thể hệ thứ nhất:

SCARA

La dạng RoBot hoạt động lặp lại theo chu trình không thay đổi Dạng này

bao gồm hai loại: điều khiển theo hệ thống cam và sử dụng Panel điểu khiển hoặc máy tính

- Sử dụng phổ biến trong các công việc gấp đặt sản phẩm hay chỉ tiết

b Robot theo thế hệ thứ hai:

Robot loại nay được trang bị các bộ cẩm biến cho phép cung cấp các tín hiệu phần hồi trở lại hệ thống về trạng thái, vị trí không gian của robot giúp cho bộ điều khiển có thể lựa chọn những thuật toán thích hợp để điều khiển RoBot

Loại RoBot với trình độ điểu khiển loại này gọi là RoBot được điều khiển thích

nghi cấp thấp Nó sử dụng cảm biến trong điều khiển cho phép tạo được những

vòng điều khiển kín kiểu Servo

* Đặc điểm:

- Diéu khién vòng kín các loại chuyển động của tay máy

- _ Tự ra quyết định lựa chọn chương trình đáp ứng dựa trên tín hiệu phản hồi từ

cảm biến

- Hoạt động của robot có thể lập trình được nhờ các công cụ như bàn

phím,Panel điều khiển

c Robot theo thé hé thit ba:

Các RoBot loại này là dạng phát triển cao nhất của RoBot tự cảm nhận.Chúng được trang bị những thuật toán xử lý các phản xạ logic thích nghỉ theo những thông tin và tác động của môi trường lên chúng Nhờ đó RoBot có thể tự biết phải làm gì để hoàn thành nhiệm vụ Hiện nay các RoBoL đạng này được phát triển nhiều trong các Phòng thí nghiệm và được sắn xuất đưới dạng

các RoBoL giải trí có hình dạng động vật máy

Robot thế hệ này được trang bị hệ thống thu nhận hình ảnh trong điều khiển cho phép nhìn thấy và nhận dạng các đối tượng thao tác

* Đặc điểm:

- C6 uu điểm như những loại trên và điểu khiển hoạt động trên cơ sở xử lý

thông tin thu nhận được từ hệ thống thu nhận hình ảnh

Trường DHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 3

-_ Có khả năng nhận dạng ở mức độ thấp như phân biệt các đối tượng có hình

đạng và kích thước khác biệt nhau

d Robot theo thế hệ thứ tư:

Sử dụng các thuật toán và cơ chế điều khiển thích nghi được trang bị bước đấu khả năng lựa chọn các đáp ứng tuân theo một mô hình tính toán xác định

* Đặc điểm :

- _ Tự động lựa chọn chương trình hoạt động và lập trình lại cho các hoạt động

dựa trên các tín hiệu thu nhận được từ cắm biến

- _ Bộ điểu khiển phải có bộ nhớ tương đối lớn để giải các bài toán tối ưuvới

diéu kiện biên không được xác định trước

e Robot theo thế hệ thứ năm:

Là tập hợp những loại RoBot được trang bị trí tuệ nhân tạo

Robot được trang bị các kỹ thuật của trí tuệ nhãn tạo như nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, xác định khoảng cách, cảm nhận đối tượng qua cảm xúc để ra quyết

định hay giải quyết vấn đề

Chúng được trạng bị mạng Nẻuon có khả năng tự học, tự suy nghĩ và tự ra quyết định cho các ứng xử tương ứng

Hiện nay Nhật Bản là đất nước có số lượng RoBot sử dụng trong công nghiệp nhiều nhất thế giới.Theo hiệp hội RoBot Nhật - JIRA RoBot được chia thành 6

loại theo mức độ thông minh sau:

-_ Robot hoạt động nhờ người điểu khiển trực tiếp từng động tác bằng Panel

điều khiển

- Robot hoat động theo chu trình cố định

- Robot hoạt động theo chu trình thay đổi được: Người điều khiển có thể thay

đổi trình tự hoạt động đễ dàng

- Robot hoạt động theo chương trình và lặp lại chương trình: người điều khiển

có thể lập trình cho RoBoi trong chế độ huấn luyện

- Robot điều khiển theo chương trình số

-_ Robot thông minh: RoBoi có thể hiểu, nhận biết và tương tác với môi trường

xung quanh

Phân loại theo bộ điều khiển :

Robot gắp — đặt :

Loại này thường nhỏ và sử dụng nguồn dẫn động khí nén.Bộ điều khiển phổ

biến là bộ điều khiển khả lập trình(PLC) để thực hiện điều khiển vòng hở Nó

hoạt động dựa vào tín hiệu phản hổi từ các tiếp điểm giới hạn hành trình cơ khí đặt trên các trục của tay máy

b Robot đường dẫn liên tục:

Sử dụng động co servo dé diéu khiển vòng kín Với hệ thống điều khiển liên

tục, đường dẫn được biểu diễn bằng một loạt các điểm rời rạc gần nhau và được lưu vào bộ nhớ, sau đó RoBot_ sẽ thực lại chính xác đường dẫn đó

4 Phân loại theo nguân dẫn động:

a Robot dùng nguồn cấp điện:

Dòng thường sử dụng là nguồn DC Động ca thường sử dụng là động cơ bước, DC servo, AC servo Robot loại này thường thiết kế gọn nhẹ, chạy êm và

định vị chính xác

b Robot dùng nguần khí nên:

Thường sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng nhỏ có tay máy là các xy lanh khí nén thực hiện các chuyển động thẳng và quay Robot loại này hoạt động trong lĩnh vực không cần độ chính xác cao

c Robot dùng nguồn thuỷ lực:

Nguồn thủy lực sử dụng lưu chất không nén được là dẫu ép Hệ thống cần trang bị bơm để tạo áp lực dầu Tay máy là các xy lanh thủy lực thực hiện các chuyển động thẳng, quay và động cơ dầu Robot loại này được sử dụng trong các ứng dụng có tải trọng lớn

II MỘT SỐ ỨNG DỤNG ĐIỂM HÌNH CUA ROBOT:

1 Ung dung RoBot trong công nghiệp:

RoBot được ứng dụng ban đầu là gắp đặt vật liệu, hàn điểm và phun RoBot

đã thay thế con người trong điều kiện môi trường ngặt nghèo như lò đúc, xưởng rèn, vä xưởng hàn

Trong công nghiệp sản xuất xe thì RoBot được ứng dụng rộng rãi như hàn

khung xe, di chuyển các khung xe, và phun sơn khung với độ chính xác rất cao Trong công nghệ hàn đường (hàn theo vết hoặc đường dẫn liên tục), RoBot hàn đường được trang bị các cắm biến laser để dò đường đi của đầu tạo nên độ chính xác, rất hữu ích vì việc đào tạo thợ phải mất nhiễu năm, một trong hãng chế tạo RoBot nay 1a hang FANUC

Trong việc lắp ráp đòi hỏi RoBot phải có độ chính xác và được trang bị những cảm biến để định vị trí, nhận biết các chỉ tiết, việc ứng dụng RoBot trong

kỹ thuật lắp ráp phải có sự tính toán xem có nên dùng RoBot ở khâu lắp ráp đó

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 7

không nếu ở khâu đó mà công nhân có thể lắp ráp với thời gian ngắn và đơn

giản thì việc ứng dụng RoBot không có công dụng hữu ích Nhưng với việc phát triển của một môi trường làm việc tự động, một hệ thống hoàn toan ty động từ việc thiết kế sản phẩm đến việc ra sản phẩm đều hoàn toàn tự động thì một phân

xưởng với vài người đều hành từ trạm máy tính

Loại tay máy hàn

2 Ứng dụng RoBot trong phòng thí nghiệm:

RoBot có công việc là pha các mẫu thí nghiệm, và tránh cho con người khỏi những thí nghiệm mà các chất có tính độc, việc ứng dụng RoBot trong phòng thí

nghiệm có ba ưu điểm sau: tăng năng suất, tăng chất lượng thí nghiệm, làm giảm

sơ suất của con người

3 Ung dung RoBot trong các thao tác cần khuếch đại lực:

RoBot được đưa vào các nhà máy hạt nhân, các lò phóng xạ nơi mà gây

nguy hiểm cho con người, RoBot dùng để dọn đẹp các vùng bị nhiễm xạ nặng

bằng điều khiển từ xa, RoBot có thể bốc dỡ những hàng hóa, vật liệu nặng với

độ chính xác vị trí nhỏ hơn 1mm

4 Ứng dụng RoBot trong nông nghiệp:

RoBot được ứng dụng thành công là RoBot cắt lông cừu với tỉ lệ làm cừu bị thương thấp hơn so cắt lông cừu bằng tay, RoBot cồn tham gia vào việc mổ xẻ thịt heo là một công việc đổi hỏi tay nghề cao

5 Ứng dụng RoBot trong không gian:

RoBot ở đây là các tay máy tháo lắp các thiết bị bên ngoài không gian, các RoBot thám hiểm những nơi mà con người khó đặt chân đến

6 Ứng dụng RoBot tàu lặn:

Đó là các tàu lặn có những cánh tay máy để trục vớt hay lắp đặt các loại cáp ở

những đại đương

7 Ứng dung RoBot trong gido duc:

RoBot làm phương tiện giảng dạy các ngôn ngữ lập trình, sự nhận thức máy tính, là mô hình các hệ thống sản xuất trong nhà máy

8 RoBot hỗ trợ cho người tần tật:

Là những thiết bị cho phép lấy tín hiệu từ não để máy tính xứ lý để điều

khiển các cơ cấu được gắn lên bộ phận của người khuyết tật

9 Ứng dụng trong sinh hoạt và giải trí:

Đó là những RoBot phục vụ trong sinh hoạt gia đình như vẫy tay, bật công

tắc, khiêu vii, nướng bánh, và giúp tắm cho người lớn Trong lĩnh vực giải trí đó

là những RoBot biết chơi giống như sinh vật thật như là chú chó AIBO của hãng

SONY

Trường DHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 9

IV TINH HINH UNG DUNG ROBOT TAI VIET NAM:

Trước nãm 1990 nước ta chưa du nhập về kỹ thuật RoBot, chưa nhận được nhiều thông tin kỹ thuật về lĩnh vực này

Để tài 58.01.03 trong giai đoạn năm 1981-1985 và để tài 52B.03.01 trong giai đoạn năm 1986-1989 Kết quả nghiêm cứu của các để tài này không những

đáp ứng được yêu cầu tiếp cận mà còn có những ứng dụng ban đầu trong kỹ thuật

bảo hộ lao động và phục vụ công tác đào tạo cần bộ kỹ thuật ở nước ta

Giai đoạn tiếp theo từ năm 1990 các ngành công nghiệp trong nước bắt đầu

đổi mới Nhiều cơ sở đã nhập ngoại nhiều dây chuyển thiết bị mới Đặc biệt là ở

một số cơ sở liên doanh với nước ngoài đã nhập ngoại nhiễu loại robot phục vụ

các công việc sau đây:

- _ Tháo lắp các dụng cụ cho các trung tâm gia công và các máy CNC

- _ Lắp rấp các linh kiện điện tử

- Tháo sản phẩm ở các máy ép nhựa tự động, trong đó có loại thao tác phối

hợp với hệ thống giám sát, điểu khiển bằng camera

- Hân vỏ xe ô tô

- Phun phủ các bể mặt

Tháng 4 nắm 1998 nhà máy RORZE_ ROBOTECH làNhà máy NHẬT BẢN

đầu tư, đã bước vào hoạt động ở khu công nghiệp NOMURA Hải Phòng Đây là nhà máy đầu tiên ở Việt Nam chế tạo và lắp ráp RoBot Đó là loại RoBot có cấu trúc đơn giản nhưng rất chính xác dùng trong sản xuất chất bán dẫn

Trong những năm gần đây trung tâm nghiêm cứu kỹ thuật (NCKT) tự động

hoá, trường Đại Học Bách Khoa (ĐHBK)-Hà Nội đã nghiên cứu tính toán thiết

kế một kiểu robot mới, ký hiệu là robot RP, RoBot RP thuộc loại robot phỏng

sinh khác là ở đây dùng cơ cấu Pantograph với hai con trượt dẫn động làm mô đun chủ yếu của cơ cấu tay máy Cũng vì thế robot này được ký hiệu vấn tắt là

RP Hiện nay đã chế tạo ra hai mẫu: Robot RPD-406 dùng để phun nem, có hệ

chuyển dẫn thể lực với 5 bậc tự đo và Robot RPS-4102 dùng trong công nghệ bể

mặt, có 6 bậc tự do, 3 động cơ điện 1 chiều và 3 động cơ bước

Cơ cấn chấp hành của robot RPS-4102 có 6 bậc tự đo, chia thành 2 nhóm,

nhóm 3 bậc tự do thứ nhất gọi là nhóm (1)

Các robot SCA mini đo trung tâm NCKT tự động hóa ĐHBK-Hà Nội thiết

kế, chế tạo cung cấp cho một số trường, chủ yếu dùng để giảng dạy, học tập, nhưng đồng thời có thể sử dụng để lắp ráp hoặc sắp xếp các vật nhỏ dưới 1kg.

Song song với các thiết kế, chế tạo các robot nói trên, tạo trung tâm NCKT

tự động hoá ĐHBK- Hà Nội, đã thành công trong việc nghiên cứu xây dựng các

thuật toán mới để xây dựng chương trình tính toán điều khiển RoBot , xây dựng

phương pháp tự động thiết lập và giải các bài toán động học trên cơ sở dùng

MATLAB

Ngoài ra trung tâm NCKT tự động hóa ĐHBK-Hà Nội, còn tiến hành xây

dựng “thư viện ”các mô hình động của robot trong máy tính Các robot này không những được thiết kế theo thông số kỹ thuật của các cơ sở sản xuất, mà còn được

xây dựng chương trình mô phỏng hoạt hình và chương trình điểu khiển

chúng.Với các chương trình này có thể tìm hiểu, học tập, khảo sát các loại robot

nổi tiếng trên thế giới và có thể trình diển, giới thiệu với khách hàng về sự hoạt

động của robot mới được thiết kế Qua đó cũng có thể trao đổi, hiệu chỉnh thiết

kế theo yêu cầu

Với các cuộc thi RoBot, các để tài nghiên cứu khoa học ở nước ta hiện nay

hy vọng kỹ thuật RoBot ở nước sẽ ngày càng phát triển vượt bậc

Sau đây là hình khối của cánh tay máy:

Trường DHDL Kỹ Thuật Công Nghệ LẺ

Nguyên lý hoạt động như sau:

Cánh tay vận hành với 3 bậc tự do sau:

a Tịnh tiến theo trục đứng:

Đai ốc đưa cánh di chuyển lên xuống trục đứng nhờ mômen được truyền cho trục vít, khi trục quay thì đẩy đai ốc lên xuống (động cơ được lắp trên gối chặn)

b Tịnh tiến theo trục ngang:

Trục ngang thì khác một ít là khi mômen được truyền cho trục vít thì trục vít vừa

xoay vừa di chuyển qua lại, như vậy theo trục ngang thì nó hoạt động theo kiểu đai ốc đứng yên cồn trục vít vừa xoay vừa tĩnh tiến

Một đầu của trục này được lắp với động cơ còn đầu còn lại gắn với tay gắp

c Quay theo quanh trục đứng:

Đế xoay làm nhiệm vụ quay qua quay lại một góc œ nào khi được truyền mômen qua bộ truyển bánh răng lắp với đế xoay, làm cho cánh tay máy xoay đến vị cần

thiết

Để giới hạn hành trình di chuyển lên xuống hoặc qua lại của cánh tay ta có thể

gắn thêm các công tắc ở cuối hành trình để dừng lại trước khi vượt quá giới hạn cho phép

Phần II: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

Chương 1: TRUYEN DONG BANH RANG

1.1 KHAI NIEM CHUNG

Truyền động bánh răng dùng để truyền boặc biến đổi chuyển động kèm theo

sự thay đổi vận tốc hoặc mômen nhờ sự ăn khớp của các răng bánh răng hoặc thanh răng

Theo vị trí tương đối giữa các trục phân ra:

- Truyền động giữa các trục song song: bộ truyền bánh răng trụ ăn khớp

ngoài răng thẳng (h.1.1a), răng nghiêng (h.1l.Lb), răng chữ V (h.1.1c) va

bộ truyền bánh răng trụ ăn khớp trong

-_ Truyền động giữa các trục giao nhau: bộ truyền bánh răng côn răng thẳng, răng nghiêng, răng cung tròn,

-_ Truyền động giữa các trục chéo nhau: bộu truyền bánh răng trụ chéo và bộ

truyền bánh răng côn chéo (bánh răng hypôit)

-_ Ngoài ra còn sử đụng truyền động bánh răng — thanh răng để biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược

- Theo khả năng di động của các tâm bánh răng, phân ra: truyễn động

thường (các tâm bánh răng đều cố định) và truyền động hành tỉnh, có trục

của một hoặc nhiều bánh răng di động rong mặt phẳng quay

-_ Theo dạng prôfin răng phân ra: bánh răng thân khai, bánh răng xiclôit và bánh răng cung tròn, trong đó bánh răng thân khai được sử dụng phổ biến

nhờ những ưu điểm: vận tốc trượt nhỏ do đó tổn thất về ma sát ít, hiệu suất

cao; bánh kính cong ở vùng tiếp xúc của răng đủ lớn do đó khả năng tải

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 13

lớn; dụng cụ cắt cạnh thẳng dễ đảm bảo độ chính xác cao, không phụ thuộc số răng bánh răng được cắt

Dưới đây chỉ trình bầy những nội dung về bánh răng thân khai

12 ĐẶC ĐIỂM ĂN KHỚP CỦA BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ VÀ

KẾT CẤU BÁNH RĂNG

1.2.1 các thông số cơ bản

Muốn ăn khớp với nhau, hai bánh răng phải có cùng môđun m= pír, trong

đó p — bước răng trên mặt trụ chia Để hạn chế số lượng dao và dùng đao tiéu

chuẩn môđun đã được tiêu chuẩn hoá theo TCVN 1064 ~71 — bảng 1.1, khi chọn môđun nên ưu tiên sử dụng dãy 1

Bảng 1.1

m Day 1 1 1,25 15 |2 25 3 4 5 |6 [8 lộ 12 ló |20 | 25 (mm) Day 2 1/125 | 1,375 | 175 | 2.25 |3.5 45 155 7 ]9 [II |14 18 22 ]28 |3%

Số răng bánh nhỏ z¡ và số răng bánh lớn z¿ liên hệ với nhau theo công thức u=ni/n;=zz/z¡, với u là tỉ số truyền

p 05p

hình 1.2

Khi tăng số răng z lên vô hạn, bánh răng biến thành thanh răng, prôfÏn

răng thân khai biến thành răng cạnh thẳng Khi z —>œ bánh răng không dịch

chỉnh biến thành thanh răng cơ bản tương ứng với prôfin gốc TCVN 1065 —7I

quy định hai loại prôfin gốc: loại thường (h.1.2a) và loại vát đỉnh (h.1.2b)

Thông số của prôfin gốc:

-_ khe hở hướng tâm c=0,25,

-_ bán kính góc lượn chân răng r;¡ =0,4m

Bang 1.2

Thông số Kí Công thưc tính

hiệu Khoảng cách trục chia a a=0,5(d;+d,)=0,5m(z; +z¡)/cosB

Khoảng cách trục ay ay =acoscay / COSthy hoặc

Aaw =a+ym=a+(X;+xị- Ay)m Đường kính chia d dị=mzi/cosB; đ;=mz;/cosB;

Đường kính lăn da dui =2ay/(u +1) hoade

Góc prôfin gốc œ theo TCVN 1065-71, a=20°

Géc préfin rang au œ=arctp(tgo/cosl)

Góc ăn khớp Qi Op =arcos(acosa/ay)

Góc nghiêng của răng trên mặt trụ lăn | Bw 1gB„= tgôd„⁄d

Tổng hệ số dịch chỉnh (ăn khớp ngoài) | X: xe=[(z+z¡)ñnvœw-invœ)]/ (2tg0)

Hiệu hệ số dịch chỉnh (ăn khớp trong) | Xn Xu=[(Zz+Z¡)Gnvœy-invœ)]/ (2tga)

trong đó Invơ= tgư-œ

Hệ số trùng khớp ngang ba fo=[Z tga rt Zotgogt(Z2+-Z trong đó cosơœ¡ =dyi/d„i; cosŒ¿¿ =duz/đ;2 teow |/20

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 15

Chú thích: Đấu phía trên trong các biểu thức ứng với ăn khớp ngoài, dấu phía đưới: ăn khớp trong

Với các bộ truyền quay nhanh để giảm lực va đập khi vào khớp và ra khớp,

giẩm tiếng ổn người ta đùng prôfin gốc vát đỉnh

Các thông số ăn khớp khác và công thức xác định chúng cho trong bảng 1.2

và hình 1.3

1.2.2 Dịch chỉnh bánh răng

Trên hình 1.4 trình bày các vị trí của dao (thanh răng) khi cắt răng: ở h.1.4a — cắt răng không dịch chỉnh, đường trung bình (ĐTB) của đao trùng với

đường chia (ĐC); ở h.1.4b đường trung bình lùi xa tâm bánh răng được cắt và

cách đường chia một khoảng +xm: cắt răng có dịch chỉnh dương; ở hình 1.4c —

dịch chỉnh âm với khoảng địch chỉnh là — xm, với x là hệ số dịch chỉnh

a B

8 a

b) d | ©) hinh 1.4

Nhu vậy chế tạo bánh răng dịch chỉnh không phức tạp và đất hơn bánh

răng không dịch chỉnh, chỉ khác là khi cất có dịch dao dương hoặc âm để dùng những đoạn thân khai khác của cùng một vòng tròn cơ sở làm cạnh răng

Tùy theo cách chọn hệ số dịch chỉnh của cặp bánh răng ăn khớp có thể có hai phương pháp dịch chỉnh sau:

-_ dịch chỉnh đều: bánh răng nhỏ được dịch dao dương x¡> 0, bánh lớn dịch dao 4m sao cho x= x x; =Ũ Lúc này chiều dày răng trên vòng chia của bánh nhỏ tăng của bánh lớn giảm nhưng tổng chiểu dày là không đổi và bằng bước răng p Như vậy khi dịch chỉnh đều các vòng chia của hai bánh răng sẽ tiếp xúc nhau và trùng với vòng lăn, kết quả là khoảng cách trục

và góc ăn khớp đều không đổi so với bộ truyền bánh răng không dịch

chỉnh

-_ Dịch chỉnh góc: trong trường hợp này tổng hệ số dịch chỉnh x, #0, thông

thường x, > 0 khi x,> 0 và xạ > 0, chiều dày răng bánh nhỏ và bánh lớn đều lớn hơn p/ 2, do đó các vòng chia không tiếp xúc nhau, vòng lăn lớn hơn

vòng chia (du„¡> dị , đ¿„z> dạ — xem h.1.3b);, khoảng cách trục và góc ăn

khớp đều tăng lên(a„> a, a,> œ )

Như vậy dịch chỉnh dương làm tăng chiểu dày chân răng do đó làm tăng độ

bển uốn của răng, làm tăng góc ăn khớp do đó làm tăng độ bến tiếp xúc cửa

răng, mặt khác dịch chỉnh dương làm nhọn răng (h.1.4b), làm giảm hệ số trùng

khớp, và đó chính là lý do không chọn x quá lớn Nói cách khác, bằng cách lựa chọn hợp lý hệ số dịch chỉnh, có thể dùng dịch chỉnh còn nhằm mục đích đảm bảo khoảng cách trục cho trước

Có thể tham khảo các gợi ý dưới đây khi tính toán thiết kế bánh răng địch chỉnh:

a,khi z¡ > 30 không nên dùng dịch chỉnh để cải thiện chất lượng ăn khớp vì khi đó hiệu quả của dịch chỉnh rất ít

b.Khi z¡>30 nhưng yêu cầu dịch chỉnh để bảo đảm khoảng cách trục cho trước thì

cần xuất phát từ a„ yêu cầu này để xác định góc ăn khớp và các hệ số dịch chỉnh

xị¡ ,x; Tiến hành như sau:

- Tinh góc ăn khớp theo công thức cos,„= z„ncoso/( 2aw cosB), VỚI ZZ1+Z2 ;

- _ Tính tổng hệ số địch chỉnh x, = x(invœ —invơ)/( 2tgB), vdi inva=tga-a;

- Tinh hé sé dich am Ay =x,-(a, — a)/ m;

Các thông số còn lại tính theo các công thức ghi trong bang 1.2

c khi z¡ < 30 có thể dùng dịch chỉnh để cải thiện chất lượng ăn khớp:

- V6i 14 <z, < 20 va u 2 3,15 ding dich chinh déu vdi xị =0,3; x; = - 0,3, khi d6 ay =a; Gy = 0;

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 17

- Với z¡ < 30 và Z¡ > Zmn „ Với Zmịa là số răng nhỏ nhất để tránh cắt chân răng (trị số của zm„ xem bảng 6.9 (Sách CSTKM & CTM), dùng dịch chỉnh góc

với Xị= X;=0,5

1.2.3, Quá trình truyền tải và hệ số trùng khớp

Khi bộ truyền làm việc, các răng lần lượt đi vào vùng tiếp xúc, đầu tiên

chân răng bánh chủ động tiếp xúc với đỉnh răng bánh bị động (cặp rang 1, va 1, trên h.1.5)

Với bộ truyền bánh trụ răng thẳng, răng tiếp xúc nhau trên toàn bộ chiều

rộng vành răng b„ Khi bánh răng quay, đường tiếp xúc của các răng sẽ dịch chuyển trong mat ăn khớp (gồm một cạnh là chiều dài đường ăn khớp thực g„ và cạnh kia là b„) Muốn truyền chuyển động liên tục, trước khi một đôi răng ra

khớp, đôi tiếp theo đã phải vào khớp Muốn vậy hệ số trùng khớp s„(là tỉ số của

cung ăn khớp và bước răng trên cung này) phải lợn hơn 1, tức 14 ga= Eup) Nhu vậy khi đôi răng l¡— 1; tiếp xúc nhau theo đường aa thì đồng thời có sự tiếp xúc của đôi răng 2 — 2; theo đường cc Trong khoảng thời gian xác định, tính từ khi

đôi răng l¡ — 1; đi chuyển từ aa —> bb và 2¡ — 2; di chuyển từ cc —> dd, với ac

=bd=p, , trong bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng đồng thời có hai đôi răng tiếp

xúc nhau (vùng ăn khớp hai đôi), do đó tải trọng F, do bánh răng truyền đi sẽ được phân bố cho đôi răng Nếu bước cơ sé py và prôfin răng được chế tạo chính xác thì tải trọng đo các đôi răng truyền đi sẽ tỉ lệ thuận với độ cứng (*) của các đôi rănng tiếp xúc Trên h.1.5 phía trên là biểu đổ phân bố tải trọng cho hai đôi

răng phụ thuộc vào độ cứng

Tiếp tục chuyển động, từ đường tiếp xúc dd, đôi răng 2¡ — 2; sẽ thôi ăn

khớp và trong khoảng bb cc, tải trọng F„ chỉ do đôi răng 1¡~ 1; truyền đi Đó là vùng ăn khớp một đôi Đôi răng 1, — 1; chịu toàn bệ tải trọng F„ trong vùng ăn

khớp một đôi cho tới khi tiếp xúc nhau theo đường cc, vừa lúc đó đôi răng tiếp

theo vào tiếp xúc theo đường aa bắt đầu thời điểm ăn khớp hai đôi

Trị số của hệ số trùng khớp ngang €, được xác định theo công thức ghi ở

bảng 1.2

gu=|L,88-3,2(1/24 + 1/2;)]cosB (1.1)

Ảnh hưởng của hệ số trùng khớp e„ cần được chú ý đến khi tính độ bền

truyễn động bánh răng

1.2.4 Bánh răng nghiêng và các đặc điểm šin khớp

Ở bánh răng nghiêng, các răng không hướng theo đường hướng theo đường sinh của mat tru chia ma lam với đường sinh đó góc § (h.1.L) Khi cắt răng

nghiêng cũng dùng dao có cùng prôfin như khi cắt răng thẳng, vì vậy profin ring

nghiêng trong mặt cắt pháp n — n trùng với prôfïn răng thẳng Môđun trong mặt cắt pháp là môđun tiêu chuẩn (bảng 1.1) Trong mặt cắt ngang t — t các thông số của bánh răng nghiêng thay đổi phụ thuộc góc B: médun ngang m, =m/cosf ; đường kính vòng chia d = m, z =mz/cosj

Kích thước và hình đạng răng trong mặt cắt pháp tuyến định độ bên của răng Để tiện tính toán, bánh răng nghiêng thường được thay thế bằng bánh răng thẳng tương đương và đạng răng nghiêng trong mặt cắt pháp được xác định qua

các thông số của bánh răng thẳng tương đương A

Bánh răng thẳng tương đương được xác định như sau: cất bánh răng trụ

răng nghiêng bằng mặt phẳng vuông góc với mặt răng, mặt cất là một hình elip

với các bán trục a và c (xem h.1.6) bằng:

a=d/(2cosl); c=d/2

cạnh răng gần đúng là đương thân khai của bánh răng trụ tròn răng thẳng nào đó

được gọi là bánh răng tương đương có bán kính r, bằng bán kính cong của elip tai

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 19

góc nghiêng nhỏ nhất B„„ được chọn sao cho hệ số trùng khớp dọc s; > 1,1 còn

góc nghiêng lớn nhất B„„„ được chọn sao cho không tạo ra lực dọc trục quá lớn

tác dụng lên trục và ổ Thông thường B =8 ~20° đối với răng nghiêng và [Ì =30

~400 đối với rang chit V, do dé d, > d, z, > z nh vậy nhờ có góc nghiêng ƒ,

bánh răng nghiêng được coi như bánh răng thẳng có kích thước lớn hơn, và đây chính là một trong những nguyên nhân làm tăng độ bền của truyền đông bánh răng nghiêng

Dưới đây là một số đặc điểm khác của bộ truyền bánh răng nghiêng:

a ăn khớp êm, tải trọng động giảm

Khác với răng thẳng, răng bánh răng nghiêng không vào tiếp xúc nhau trên

toàn bộ chiều rộng vành rãng mà răng vào khớp dẫn dần Trên h.1.7 là vùng ăn

khớp của bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng và mũi tên chỉ chiểu đi chuyển

của đường tiếp xúc Khi một đôi răng vào khớp, chân răng bánh chủ động tiếp xúc với đỉnh răng bánh bị động tại điểm a trên một mặt mút, sau đó theo chiều quay của bánh răng, chiểu dài tiếp xúc tăng dân, đạt trị số giới hạn rỗi giảm

xuống cho tới khi tiếp xúc tại điểm đ” trên mặt mút thứ hai của bánh răng và ra

khớp Nhờ sự tiếp xúc dẫn dần như vậy, bánh răng nghiêng làm việc êm hơn, va đập và tiếng ổn giảm bớt so với bánh răng thẳng

b chiêu dài tiếp xúc lần

Tại thời điểm đang xét h.L.7 có ba đôi răng đồng thời ăn khớp: đôi răng 3 ăn khớp trên một phần chiểu dài răng: đôi răng 2 ăn khớp trên toàn bộ chiều dài

răng, còn đôi răng L bắt đầu ăn khớp ở điểm a tại thời điểm trước đó, đôi ring 1

chưa vào khớp, đôi răng 4 đã ra khớp, trong vùng ăn khớp vẫn còn hai đôi răng 2

và 3 có vị trí 2” và 3°, nói cách khác ở bánh răng nghiêng không có vùng ăn khớp

một đôi như ở bánh răng thẳng.

lịị =£z Pụi /SIH¿ = Ea p x/sinBn khi b„= np; (với n— số nguyên):

hơn so với bánh răng thẳng

1.2.5 Độ chính xác chế tạo và ảnh hưởng của nó đến chất lượng bộ truyền

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 21

Chất lượng bộ truyền có liên quan tới các sai số chế tạo bánh răng và các chỉ tiết như trục, ổ, vỏ máy, mặt khác biến dạng của các chỉ tiết khi chịu tải cũng

ảnh hưởng đến chất lượng bộ truyền

Sai số về bước và prôfin răng làm giẩầm độ chính xác động học và mức làm việc êm, gây nên tải trong va đập và tiếng ồn Sai số về hướng răng so với đường sinh của mặt trụ chia cùng với độ nghiêng của trục làm cho tải trọng phân bố

không đều trên chiểu rộng vành răng

TCVN quy định 12 cấp chính xác hế tạo bánh răng theo thứ tự độ chính xác giầm dần, thường dùng nhất là các cấp 6,7,8,9 Mỗi một cấp chính xác được đặc trưng bằng ba chỉ tiêu:

-_ Mức chính xác động học đặc trưng sai số lớn nhất của tỉ số truyền hoặc sai

số toàn phần của góc quay của bánh răng trong giới hạn một vòng quay

(khi cho ăn khớp với bánh răng mẫu);

-_ Mức làm việc êm đặc trưng sai số chu kỳ của tỉ số truyễển hoặc góc quay lặp lại nhiều lần trong một vòng quay;

-_ Mức tiếp xúc của răng đặc trưng sai số chế tạo các răng và sai số lắp ghép

bộ truyền, các sai số này ảnh hưởng đến kích thướng của vết tiếp xúc khi

ăn khớp

Đồng thời để tránh kẹt răng khi ăn khớp, còn phải đảm bảo cho bộ truyền có

khe hở cạnh răng Trị số của khe hở này đo dạng khe hở của bánh răng quy định TCVN quy định sáu dạng khe hở: H — khe hở bằng không; E— khe hở nhỏ; C và D- khe hở giảm; B — khe hở thường; A — khe hở tăng Với các dạng khe hở H,E

và C cần phải đảm bảo độ chính xác chế tạo cao Chúng được sử dụng ở các

bộ truyền quay hai chiều khi yêu cầu cao về độ chính xác động học cũng như khi

tôn tại các dao động xoắn của trục

Tiêu chuẩn cũng quy định dung sai về khoảng cách trục, độ nghiêng trục và một

số thông số khác

Khi chọn cấp chính xác cần căn cứ vào công đụng và điều kiện làm việc của

bộ truyễn Có thể dựa vào vận tốc vòng để chọn cấp chính xác theo bang 1.3

Cấp chính xác không thấp | Vận tốc vòng m⁄s không lớn hơn _ | Phạm vi sử dụng

hơn Đối với răng | Đối với răng

thẳng nghiêng

(chính xắc cao) chia độ cơ cấu đếm

trọng trung bình hoặc tải trọng tương đối lớn và vận tốc trung bình

1.2.6 Cấu tạo bánh răng

Kết cấu của các loại bánh răng trụ về cơ bản là giống nhau, chỉ khác ở

phan gia công vành răng Bánh răng trụ răng thẳng được sử dụng ở các bộ truyền

vận tốc trung bình hoặc thấp, trong truyền động hành tỉnh, truyền động hở cũng như khi cần thiết phải di động dọc trục để thay đổi tốc độ (hộp số) Bánh răng nghiêng được ding ở các bộ truyền quan trọng vận tốc lớn hoặc trung bình,

chiếm tỷ lệ trên 30% tổng số bánh răng trụ dùng trong nhành chế tạo máy Khi

sử dụng bánh răng nghiêng có độ rắn mặt răng lớn cần che chắn tốt hơn để chắn

tốt hơn để tránh cho răng bị mòn không đều theo chiều dài đường tiếp xúc do bụi

bẩn Bánh răng chữ V được dùng ở các bộ truyền tải nặng, không gây nên lực

đọc trục tác dụng lên trục và ổ

Kết cấu bánh răng phụ thuộc vào đường kính bánh răng, quy mô sản xuất

và phương pháp lắp với trục

Khi đường kính đáy răng chênh lệch không nhiều so với đường kính trục

(trong hộp giám tốc khi u > 3,15 hoặc khi khoảng cách từ đáy răng đến rãnh then nhỏ hơn 2,5 đối với bánh răng trụ và 1,6m,, đối với bánh răng côn) thường chế tạo bánh rãng liển trcụ, như vậy bớt được gia công cơ khí (không phải gia công rãnh then trên trục và mayơ), không lắp ghép bánh răng lên trục, tăng được độ cứng và độ chính xác ăn khớp Các bánh răng đường kính dưới 150mm thường làm liễển khối, không khoét lõm Khi đường kính d, < 600mm bánh răng thường

được chế tạo từ phôi ren hoặc dập, được khoét lõm để giảm nhẹ khối lượng và

làm cho cơ tính của răng được đồng đểu sau nhiệt luyện, đồng thời để gá kẹp

bánh răng lên máy cắt và thuận tiện cho vận chuyển, nên làm lỗ trên đĩa, đôi khi làm lỗ to để giảm nhẹ khối lượng

Khi đường kính bánh răng d, > 600mm bánh răng được chế tạo bằng hàn nếu sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ, hoặc chế tạo bằng đúc nếu sản xuất loạt lớn.

Trường ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 23

Có thể chế tạo riêng vành răng bằng thép tốt lắp với phần lõi đúc bằng gang

hoặc thép chất lượng thường, theo các kiểu lắp có độ dôi và bất thêm vít Với các bánh răng đường kính khá lớn (trên 3000mm) vành răng thường được ghép từ một số mảnh (2 ~ 4 mảnh)

1.3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRUYEN DONG BANH RANG

1.3.1 Lực tác dụng khi ăn khớp trong truyền động bánh răng trụ

Coi tải trọng phân bố được tập trung tại điểm giữa của vành răng và bỏ qua

ảnh hưởng của lực ma sắt (vì hệ số ma sát f kha nhỏ), toần bộ lực pháp tuyến F„

do bánh ï tác động vào bánh 2 sẽ truyền đi trong mặt phẳng ăn khớp hướng

vuông góc với các mặt răng làm viéc (h.1.8)

Khi bánh 1 tác động vào bánh 2 một lực là F;; thì ngược lại bánh 2 tác động

lên bánh 1 lực pháp tuyến Eạ¡ Phân F„¡ ra hai thành phần vuông góc với nhau ta

được:

- Lực vồng Bụ =2T/dụi & Bip

~ Lic huéng tam F,, =Fytgoa,, * Fi

do đó lực pháp tuyến F,, =F,o/Fy /cosay

Trong đó T¡ - mômen xoắn trên bánh 1; dự, — đường kính vòng lăn bánh 1;

Œy — góc ăn khớp khi xạ + x, =O, ay =a

Trên h.I.8b vẽ các lực trên bánh 1 và 2, với chú ý rằng: chiểu của lực vòng trên bánh chủ động luôn hướng ngược với chiều quay, trên bánh bị động — cùng

chiểu với chiều quay bánh răng

(1.5)

Trén h.1.8c vẽ sơ đồ bánh răng nghiêng chủ động với góc nghiêng lực pháp tuyến Fạ¡ nằm trong mặt cắt pháp và vuông góc với cạnh răng, được phân tích

thành ba thành phần vuông góc với nhau:

- Lực vòng F:i =2T/dyi # Fạ

- Lực hưởng tâm E;¡ =Etgay = Fụ tg0av/cosB„e E¿a

- Lực dọc trục _ Fa =FutgBy ~ Fae

do đó Fy, =F’, /cosQaw Fy Acosotnw COSBy)*Fa2 (1.6)

trugng hdp x2 + x; =0 ta cé By=B; dy =d; Ouy = 05

Như vậy trong bộ truyền bánh răng nghiêng xuất hiện thêm lực dọc trục E: chiêu của F, phụ thuộc vào chiểu quay, hướng răng và bánh răng là chủ động hay bị động, song nó luôn luôn hướng vào mặt răng làm việc

1.3.2 Tải trọng riêng và ứng suất trên răng

Tải trọng ngoài phân bố không đều trên chiều rộng vành răng và cho các

răng, đồng thời khi các răng vào vùng ăn khớp còn chịu thêm tải trọng động phụ, 1am cho tải trọng riêng thực tế tăng lên so với tải trọng riêng danh nghĩa

a Sự phân bố không đêu tải trọng trên chiều rộng vành răng

Trên h.1.9 biểu diễn vị trí tương đối của các bánh răng khi các trục bị biến dạng ứng với các trường hợp bánh răng đặt dối xứng với ổ (h.1.9a), không đối

xứng (h.1.9b) và đặt chìa (h.1.0c) các trục võng về hai phía khác nhau dưới tác

dụng của lực ăn khớp

Trường DHDL Kỹ Thuật Công Nghệ 25

Khi bánh răng đặt đối xứng với ổ, trục bị võng khôn glàm nghiêng các bánh

răng do đó ảnh hưởng ít đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rông vành

răng Đó là trường hợp thuận lợi nhất Trường hợp bánh răng đặt không đối xứng