Tối Ưu hóa giá thành Để phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn Động cơ khí dùng hộp giảm tốc trục vít

Nghiên cứu các ảnh hưởng của tỉ số truyền các bộ truyền đến giá thành của hộp giảm tốc trục vít — bánh răng ...--.----+ee++crxxtterrrttterttrteerriireririerrie 32 4.1.1 Thiết lập mối qu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BAO CAO TONG KET

DE TAI KHOA HQC VA CONG NGHE CAP TRƯỜNG

TOI UU HOA GIA THANH DE PHAN PHO! Ti SO TRUYEN CHO HE DAN DONG CO KHi DUNG HOP GIAM TOC TRUC ViT

Ma sé: T2019 - B35

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài

MỤC LỤC PHAN MỞ ĐẦU

: EOQING CG) REEL sapere

1,1, Vai trò các hệ dẫn động trong cáo thiết bị, đây chuyền

1.2 Các yêu cầu chung của hệ truyền động Cơ khí 5 0E 9

1.3 Trình tự chung khi tính toán thiết kế hệ truyền động Cian one

14 Vn a8 chinh khi thiét ké ti ưu hệ truyền động Cơ khí IÍ

1.5 Các mục tiêu để xây dựng các phương pháp phân phối tỉ số truyền 12

1.6 et Wit cc tame nã sips nenseestsrieconmtecmninies LQ ee

PHAN PHOI Ti SO TRUYEN CHO HỘP 2222222222222cze 15

—————————2.1 Đặc điểm truyén déng Truc vit — banh vit ssccccsssssssssssesssaseececsueeeeeeeeenee 15

2.2 Các loại hộp giảm tốc TÚC viL= Danh vi" 7a ẽ 17

CHUONG III: XAC DINH TY SO TRUYEN TOI UU HOP TRUC ViT - BÁNH

RANG THEO CHi TIÊU THẺ TÍCH NHỎ NHÁT 5 E082 23

3.1 Nghiên cứu các ảnh hưởng của tỉ số truyền đến thể tích của hộp giảm tốc trục vít — bánh răng, - 6c ss set 1211211111 11111111 1111111 01111E1151111511enEEnrsey 23

3.2 Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến tỉ số truyền các

cấp để đám bảo thể tích hộp nhỏ nhắt 22222222SE22521122 110008101801 26

3.2.1 Xây dựng thí nghiệm mô phỏng khảo sát ảnh hưởng các thông số 26

3.2.2 Phân tích kết quả thí nghiệm cccc+¿t22222222222EEE2E5E1111111E 28

3.3 Kết quả và nhận Xét con .n 0.nnnntr 30

3.A;Kết luận sai6 ca mai 0001 lốc rc cc crỐrố óc co oan 31

CHƯƠNG IV: XÁC ĐỊNH TỶ SÓ TRUYỀN TÓI ƯU HỘP TRỤC VÍT - BÁNH

RĂNG THEO CHỈ TIÊU GIÁ THÀNH NHỎ NHẤT - 32

4.1 Nghiên cứu các ảnh hưởng của tỉ số truyền các bộ truyền đến giá thành của

hộp giảm tốc trục vít — bánh răng . . +ee++crxxtterrrttterttrteerriireririerrie 32

4.1.1 Thiết lập mối quan hệ giữa giá thành hộp và các bộ phân chính của hộp 32

4-2: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số đến tỉ số truyền các cấp dé dam bao

giá thành hOp nhé nhat scssecsssecsssseesssceesnssessnnseeeesseesenssesnnneesnsaresuneeeensees 37

4.2.1 Xây dựng thí nghiệm mô phỏng khảo sát ảnh hưởng các thông số ew

4.2.2 Xác định mô hình hồi qui cho u; :-cccecccceevcvvveeeeessserreeerrrrrrrrrer 44

CHƯƠNG V: KÉT LUẬN VÀ ĐÈ XUẤT HƯỚNG NGHIÊN CỨU 47

5.1 Kết luận -cererrerirteririiriirrfrmtiiriidrmtritriritrrr 47

5.2 Đề xuất hướng nghiên cứu -¿-°2+++tttttvritttttriiirrtriiiirrerririe 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO cccrerrrmrrrrrnnnninitrttrtirrrtrtirrfrrrrrrfrrerrrrrrrrtrriseriie 49

Hình 2.3 Các loại biên dạng ren truC VÍ( - + <ss +2 2H rên 16

Hình 2.4 Hộp giảm tốc truc vít một cấp, trục vít đặt trên - -eerre 17 Hình 2.5 Hộp giảm tốc truc vít một cắp, trục vít đặt dưới - 17

Hình 2.6 Hộp giảm tốc Banh rang - truc Vit cssssscecsesssssserscecscnsscersnsecrensecerstssseesssscns 18

Hình 2.7 Hộp giam tốc Truc Vit-banh rang scccssssescsessneesecesssees reli

Hình 2.8 Hộp giảm tốc Truc vít hai cấp .-. m l0

Hình 2.9 Đồ thị xác định U của HGT Truc vít -bánh răng -: 5++ 20

'Hình 2.10 Đồ thị xác định U của HGT Bánh răng — Trục vít -« 2Í

Hình 3.1 Sơ đồ tính thể tích HGT trục vít -bánh răng -c-«++cccceccxeeee 23

Hình 3.2 Khai báo biến thí nghiệm sàng lọc -++rversersereereere ay

Hình 3.3 Đồ thị các ảnh hưởng chính của các yếu tố u„, Xụa, AS;, Tạ„, đến uụ 28

Hình 3.4 Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng uạ, Xu, AS, Tạuy đến tụ 29

Hình 3.5 Biểu đồ Pareto ảnh hưởng của các tương tác đỒn Gì» ¿ý x6 ty 02 soe.ce- 2Ô)

Hình 4.1 Sơ đồ tính thể tích HGT trục vít -bánh răng -: -+© <e cecxsc++ 33 Hình 4.2 Trình tự khai báo biến đầu vào -5 555ccccterrerxrrerrrrrrrrrrre 38 Hình 4.3 Ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến ua -. -cccc-ccc.+e+ 42

Hình 4.4 Ảnh hưởng của các thông số đầu vào và tương tác giữa chúng đến uạ 42

Hình 4.5 Ảnh hưởng của các tương tác tới u2 -cc++scertiirteriirterrririeriiirerre 43

Hình 4.6 Biểu đồ phân bố chuẩn ảnh hưởng của các thông số và tương tác đến uạ 44:

Hình 4.7 Các bidu dé phân bố đánh giá phần dư -: -c-: +ccc+vveeeeeee 45

DANH MỤC HÌNH

Bảng 3 1 Phạm vi khảo sát của các biến thực nghiệm -«-ccecccsccceee 27

Bảng 3.2 Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc theo uạ, Xua, ASa, Tau đến uị 28 Bảng 3.3 Thông tin mô hình hồi quy uị g1 IO Pics 30

Bang 3.4, Dam gid m6 bith .sccccscscsevesesvesvesssvensersrscrsenscscesrscvsteeseessesceceveveeseneeneneererses 31 Bang 4.1 Cac thong số đầu vào và mức khảo sát -. -« -5-c5+©c<cxseersrrrerrer

Bảng 4.2 Ma trận thí nghiệm và kết quả tính toán tỉ số truyền u;

Bảng 4.3 Thông tin mô hình hồi quy u; sau khi đã loại bỏ các yếu tố có ảnh hưởng

không đáng kỂ - -

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRUONG DH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

THONG TIN KET QUA NGHIEN CUU

- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp

- Thời gian thực hiện: Từ tháng 7 năm 2019 đến tháng 7 năm 2021

2 Mục tiêu:

_Xây dựng công thức phân phối tối ưu tỉ số truyền cho các bộ truyềntronghệdẫn — -

động cơ khí dùng hộp giảm tốc trục vít theo mục tiêu giá thành

3 Tính mới và sáng tạo:

Đã đề xuất các công thức tổng quát xác định tỉ số truyền của bộ truyền Trục vít -

bánh vít theo mục tiêu thể tích, khối lượng, giá thành nhỏ nhất

4 Kết quả nghiên cứu:

1 Công thức phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn động cơ khí gồm một hộp giảm

tốc Trục vít — bánh răng theo chỉ tiêu thể tích nhỏ nhất:

u, = 4,867+0,01351u, —0,001089T,,, +0,000071 1,2,

2 Công thức phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn động cơ khí gồm một hộp giảm tốc

Trục vít — bánh răng theo chỉ tiêu giá thành nhỏ nhất:

14, =1,348+0,233.X,, +0,000515.45, —0, 00002 T,,, 0, 00906.C,, -0,0405.C, +0,0583.C, +

0,000023 X,,, +0, 0057X,,.C, —0,032.X,,,.C, +0,0000001 AS, 7), +0, 000014 AS, C, —0,00004.4S, C, -0,0000147,,,.C, +0,0000047,,,.C, +0,00283C, C, out” out”

5 Sản phẩm:

02 bài báo trong danh mục ISI/Scopus Q4

1 Nguyen Anh Tuan, Nguyen Thi Hong Cam, Dang Quoc Cuong, Le Hoang Anh,

Nguyen Huu Quang, Nguyen Thanh Tu, Luong Viet Dung, and Tran Ngoc

Giang Determining Optimal Transmission Ratios of Worm Helical Gearbox for

Minimum Gearbox Cost, Accepted by ICERA 2021, ISI/Scopus Q4

2 Trinh Tuan Kieu’, Nguyen Thi Hong Cam”, Nguyen Huu Luan’, Luong Viet

Dung”, Nguyen Anh Tuan!, Le Hoang Anh”, Nguyen Manh Cuong’ and Nguyen

Thi Thanh Nga’ Calculation and Design of Worm Helical Gearboxes Based

on Technique Tools, Accepted by ICERA 2021, ISI/Scopus Q4

6 Khả năng áp dụng và phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu:

- Áp dụng cho quá trình thiết kế hệ dẫn động cơ khí có sử dụng các loại hộp

giảm tốc trục vít;

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên trong việc thiết kế đồ án môn học

và đồ án tốt nghiệp

PHO HIEU TRUONG

PGS TS Vii Ngoc Pi Ths GVC Nguyễn Thị Hồng Cẩm

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

- Title: Cost optimization for partatial transmission ratios of mechanical

- Coordinator: Mrs Nguyen Thi Hong Cam

- Implementing institution: Thai Nguyen University of Technology

for mechanical drive systems using helical- worm or worm-helical gearboxes

3 Creativeness and innovativeness:

Ề The mathematical models to determine the partial transmission ratio of worm unit according to the objective functions such as the volume, mass, and gearbox

cost are investigated

= 4,867+0,01351u, —0,0010897,,, +0,000071u,.T, out gZ* out

2 The mathematical model of the gear ratio for worm-helical gearboxes is

achieved by minimizing cost of the gearbox:

Nguyen Anh Tuan, Nguyen Thi Hong Cam, Dang Quoc Cuong, Le Hoang Anh, Nguyen Huu Quang, Nguyen Thanh Tu, Luong Viet Dung, and Tran Ngoc Giang Determining Optimal Transmission Ratios of Worm Helical Gearbox for Minimum Gearbox Cost, Accepted by

————————— thiệtkê sẽ đặtra các mục tiêu khác nhau: Trong đó giá thành là một trong những mục

PHAN MO DAU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khi thiết kế một hệ thống thiết bị máy móc, tùy theo yêu cầu cụ thể mà các nhà

tiêu hàng đầu với đại đa số các thiết kế Quá trình tính toán thiết kế cần căn cứ vào các

yêu cầu của cơ cấu công tác như: độ lớn tải trọng, vận tốc; Tính chất, qui luật chuyển động sẽ phân tích lựa chọn loại, sơ đồ hệ dẫn động phù hợp Với một hệ dẫn động cơ

bài toán đầu vào của các bài toán khác Muốn có một hệ thống thiết kế hợp lý cin phai — -

có phương pháp phân phối tỷ số truyền hợp lý Quá trình phân phối tỷ số truyền cho —_

các bộ truyền trong các loại hộp giảm tốc khác nhau (bánh răng trụ hai cấp, bánh răng - côn trụ, hộp trục vít- bánh răng, bánh răng hành tỉnh ) đã được rất nhiều các nghiên cứu đề cập đến Mỗi một nghiên cứu đã đưa ra các phương pháp phân phối theo từng - mục đích sử dụng như yêu cầu về bôi trơn [4, 5, 17, 22]; Yêu cầu về khả năng gia công

[4, 22]; Yêu cầu về khuôn khổ kích thước [4 6, 19, 22]

Gần đây đã có rất nhiều những đề tài nghiên cứu về phân phối tỷ số truyền đã xây dựng được các công thức đưới dạng các hàm hiển rất thuận tiện cho quá trình sử đụng

như công thức phân phối tỷ số truyền cho các hệ dẫn động bánh răng trụ ba cấp nối

tiếp với bộ truyền đai [18]; hệ dẫn động bánh răng côn trụ hai cấp nối tiếp bộ truyền

_ đai [19]; HGT bánh răng trụ bốn cấp phân đôi cấp thứ tư [16]; hệ dẫn đông bánh răng

trụ hai cấp khai triển nối tiếp bộ truyền đai [17] và nối tiếp bộ truyền xích [20] Tuy nhiên với hệ dẫn động cơ khí gồm thì vẫn chưa có một nghiên cứu nào đưa ra được các

công thức xác định TST dưới dạng hàm hiển theo các chỉ tiêu thông đụng do đó mục

tiêu của đề tài này là: Tối ưu hóa giá thành để phân phối tối wu tỉ số truyền cho hệ

2 Mục tiêu của nghiên cứu Xây dựng các công thức phân phối tỉ số truyền cho các bộ truyền trong một hệ dẫn động cơ khí với các loại hộp giảm tốc có sự kết nối của bộ truyền Trục vít và bộ truyền

bánh răng trụ răng nghiêng với mục tiêu giá thành hộp nhỏ nhất

3 Kết quả dự kiến

Các tỷ số truyền của các bộ truyền sẽ được xây dựng dưới dạng hàm hiển, có tính

tổng quát cao, đơn giản thuận tiện cho quá trình sử dụng khi thiết kế; Công thức thỏa

mãn được tiêu chí đề ra, đảm bảo tính ôn định của công thức trong dải đữ liệu tương đối rộng, khắc phục được tính xác suất ngẫu nhiên của công thức kinh nghiệm

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết

5 Nội dung nghiên cứu

5.1 Nghiên cứu tổng quan về thiết kế tối ưu hệ dẫn động cơ khí

5.2 Nghiên cứu tổng quan về đặc điểm hộp giảm tốc trục vít và sự phân phối tỉ số truyền cho hộp

5.3 Xây dựng bài toán phân phối tỉ số truyền theo mục tiêu: giá thành nhỏ nhất của

hệ dẫn động bao gồm hộp giảm tốc Trục vít

5.4 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến tỉ số truyền thành phần của hệ

5.5 Lập trình giải bài toán xác định tỉ số truyền tối ưu cho các bộ truyền Xây dựng các công thức phân phối TST tối ưu

5.6 Đánh giá hiệu quả của các công thức phân phối tỉ số truyền

CHƯƠNG I

NGHIEN CUU TONG QUAN VE THIET KE TOI UU

HE DAN DONG CO KHi

—— 1Ị, Vai trò các hệ dẫn động trong các thiết bị, d ây chuyền

Một hệ thống máy móc thiết bị dù đơn giản hay phức tạp đều bao gồm ba bộ phận

phận công tác đồng thời có thể tăng mô men

xoăn đầu ra để tăng khả năng tải; Hình 11 Hệ dẫn dong ding HGT Truc vit -bénh

- B6 phan céng tac: Thire hién cdc chitc nang nhiém vu theo yéu cau;

——— Hệ truyền động là một phần rất quan trọng của hệ thống vì các cơ cấu chấp hành ở các ————

vị trí, khoảng cách khác nhau so với nguồn phát động nên cần phải có cơ cấu nối, truyền chuyển động đến các cơ cấu đó Mặt khác mỗi một thiết bị thì các cơ cấu chấp

hành có các quy luật chuyển động khác nhau (quay, tịnh tiến, quy luật bất kỳ ) và độ bất kỳ Trong khi đó động cơ thường lại quay đều với tốc độ tiêu chuẩn do đó cần thiết

phải có bộ phận truyền động để biến chuyển động quay thành các chuyển động theo = qui luật và tốc độ mong muốn;

Trên thực tế có các dạng truyền động: Truyền động cơ khí; Truyền động điện; Truyền động thuỷ lực, khí nén Mỗi dạng truyền động đều có những ưu, nhược điểm nhất định

và phạm vi sử dụng khác nhau:

* Truyền động cơ khí: Sử dụng các bộ truyền cơ khí để thực hiện quá trình dẫn động -_ Ưu điểm: Làm việc tin cậy, chắc chắn, cấu tạo đơn giản; Có khả năng thay đổi qui luật chuyển động khá linh hoạt đồng thời tăng được mô men xoắn đầu ra (tăng được

khả năng tải) - điều mà các loại truyền động khác khó thực hiện Quá trình vận hành

—— bảo dưỡng và sửa chữa không quá phức tạp;

- Nhược điểm: Khối lượng lớn, khó thực hiện việc truyền động trên khoảng cách lớn;

_ *Truyễn động điện: Hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị điện, thiết bị điện

từ, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện- cơ cũng như truyền tín

—— hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó _ =

Uu diém: Dé dang ¢ thực hiện việc truyền động tới các vị trí khác nhau; Kích thước nhỏ gọn Có khả năng điều khiển chính xác tốc độ, qui luật chuyên động linh hoại;

= Nhược điểm: Do nhiều | lần biến đối năng lượng nên ‹ chỉ chỉ phí cho các dạng truyền _ động tăng cao, hiệu suất giảm

© ruyén động thủy lực, khí nén: Truyền động thuy | luc, khi nén là các hệ thống thuỷ

lực, khí nén dùng để điều khiển chuyển động của các cơ cấu hoặc máy bằng các động

cơ thuỷ lực Về bản chất, truyền động thuỷ lực, khí nén truyền năng lượng bằng chất

lồng hoặc chất khí và biến đổi nó thành cơ năng ở đầu ra của hệ thống đồng thờithực

hiện chức năng điều khiển và điều chính tốc độ của khâu ra

- _ Ưu điểm: kích thước và trọng lượng trên một đơn vị công suất nhỏ, hiệu suất lớn,

độ tin cậy cao, điều khiển đơn gián Ngoài ra động cơ thuỷ lực còn có tỷ số giữa mô men xoắn ở trục ra trên mô men quán tính của rô to lớn Nhờ có ưu điểm này mà thời

gian đảo chiều và đạt tốc độ quay cực đại của nó rất nhỏ: 0,03 — 0,05s

Để lựa chọn loại truyền động thông thường căn cứ vào các chỉ tiêu:

- _ Các thông số kỹ thuật như công suất, tốc độ, đặc tính điều khiển, đặc tính động lực

học, khả năng qua tải, môi trường, khả năng tự động hóa;

- Các chỉ tiêu về kinh tế như: khối lượng, gía thành, chi phi sản xuất, độ tin cậy, chỉ

phí cho bảo dưỡng và sửa chữa

Trong các loại truyền động trên thì truyền động cơ khí là truyền động được sử dụng

rộng rãi nhất trong các hệ truyền động Truyền động cơ khí phổ biến trong rất nhiều

các thiết bị như: Các thiết bị vận chuyển, các máy gia công kim loại, các hệ thống máy xây dựng, máy chê biên nông lâm sản

1.2 Các yêu cầu chung của hệ truyền động Cơ khí

5 - Xich tài

_ Khi thiết kế máy, hệ thống máy, cần phải chọn hệ dẫn động thích hợp (hệ dẫn động

cơ khí, thủy lực, điện ) Việc lựa chọn hệ dẫn động phụ thuộc vào điều kiện thiết kế

cụ thể và các yêu cầu đối với máy hoặc thiết bị Với một hệ dẫn động cơ khí, trong quá

trình truyền và biến đổi chuyên động, phải thỏa mãn các yêu cầu sau [4], [22]:

- Phạm vi thay đổi tốc độ, số cấp tốc độ;

- Tốc độ được thay đổi vô cấp hay phân cấp;

- Độ tin cậy và tuổi thọ cho phép của các bộ truyền;

- Yêu cầu về độ chính xác của truyền động;

- Yêu cầu về an toàn vận hành, thuận tiện sử dụng;

- Yêu cầu về hiệu suất truyền dẫn;

- Yêu cầu về khả năng công nghệ;

~ Yêu cầu về khuôn khổ, kích thước, giá thành của hệ;

Ngoài ra khi chọn hệ dẫn động cơ khí thích hợp còn căn cứ vào một số yêu cầu

khác như: Làm việc êm, không ồn, kết cấu có tính công nghệ cao, thuận tiện cho lắp

ráp, mô men cản nhỏ đặc biệt là khi khởi động [4], [22]

Tóm lại một hệ thống truyền động cơ khí nói riêng và một hệ truyền động nói

chung được thiết kế bao giờ cũng phải đảm bảo các chí tiêu về Kỹ thuật và Kinh tế Có

nghĩa là một hệ truyền động ngoài yêu cầu phải thỏa mãn các chỉ tiêu về kỹ thuật thì

cần phải đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế (có khuôn khổ, kích thước và giá thành nhỏ

1.3 Trình tự chung khi tính toán thiết kế hệ truyền động cơ khí

Các bước của quá trình thiết kế thông thường như sau:

- Xác định nguyên tắc hoạt động và chế độ làm việc của hệ dự định thiết kế;

- Lập sơ đồ chung toàn hệ và các bộ phận trong hệ thỏa mãn các yêu cầu cho _ trước Đề xuất một số phương án thực hiện, đánh giá và so sánh các phương án để tìm

ra phương án phù hợp nhất đáp ứng nhiều nhất các yêu cầu đặt ra Các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá là: Khả năng đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật, tính kinh tế, khả năng

tài chính;

- Xác định tải trọng tác dụng lên các bộ phận trong hệ và đặc tính thay đổi của

tai trong; ———

- Chọn vật liệu thích hợp nhằm sử dụng một cách có lợi nhất tính chất đa dạng

và khác biệt của vật liệu để nâng cao được hiệu quả và độ tin cậy làm việc của toàn hệ;

| - Thực hiện tính toán động học, lực, độ bền và các tính toán khác nhằm xác

định kích thước của chỉ tiết máy, bộ phận máy và toàn bộ hệ;

- Thiết kế kết cấu các chỉ tiết máy, bộ phận máy và toàn máy hay hệ dẫn động

thỏa mãn các chỉ tiêu về khả năng làm việc đông thời đáp ứng các yêu cầu công nghệ

và lắp ghép

10

- Lập thuyết minh và các hướng dẫn về sử dụng và sửa chữa máy hoặc hệ thống

1.4 Vấn đề chính khi thiết kế tối ưu hệ truyền động Cơ khí

Trong các bước để thiết kế một Hệ đẫn động Cơ khí nói riêng cũng như một hệ

sử dụng để đánh giá là: Khả năng đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật, tính kinh tế, khả

năng tài chỉnh Đây chính là bước cần phải áp dụng các phương pháp tối ưu mới đạt

được hiệu quả cao nhất

Nghiên cứu về thiết kế tối ưu các hệ din động các Hệ dẫn động Cơ khí đã từ lâu

bánh răng hoặc trục vít — bánh vít dưới dạng tổ hợp biệt lập gọi là hộp giảm tốc

hoặc hộp tăng tốc Hộp giảm tốc được sử dụng phổ biến hơn Hộp giảm tốc là cơ cấu

truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi và được dùng để giảm

tốc độ quay và tăng mô men xoắn Tùy vào loại truyền động trong hộp phân ra thành hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc bánh răng côn trụ, hộp giảm tốc trục vít, trục

vít — bánh răng hoặc bánh răng trục vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tỉnh, hộp giảm

tốc bánh răng sóng và động cơ — hộp giảm tốc Hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí, luyện kim, hóa chất, trong công nghiệp đóng tau

Với một hộp giảm tốc tỷ số của từng bộ truyền cũng là yếu tố ảnh hưởng chính đến

kích thước của bộ truyền Có thể thấy rõ điều đó qua các công thức thiết kế bánh răng,

Truc Vit - Banh vit Ví dụ theo công thức (6.15) [22, 24]:

Và công thức thiết kế của bộ truyền Trục vít-bánh vít (7.16) [22, 24]

u - tỷ số truyền của cặp bánh răng:

T¡ - Mô men xoăn cần truyền (Nmm);

Tụ - Mô men xoắn trên trục bánh vít(Nmm), Tạ = Tịu.n

[„]- Ứng suất tiếp xúc cho phép (Mpa) —==

Zz= u.Z¡- Số răng của bánh vít; u- tỷ sỐ truyền của cặp trục vít - bánh vít;

Rõ ràng trong tất cá các công thức này thì TST là một trong những thông số nm

quyết định đến kích thước các bộ truyền và đương nhiên ảnh hưởng đến kếtcấu của — -

hệ Vì vậy quá trình phân phối tỷ số truyền cho từng cấp quyết định rất lớn đến kha ,

năng làm việc, khuôn khổ kích thước và giá thành của hệ _

1.5 Các mục tiêu để xây dựng các phương pháp phân phối tỉ số truyền

22] Các phương pháp này có thể hướng đến nhiều mục tiêu như: Kích thước, khối

lượng nhỏ gọn [6, 11, 21, 22, 23]; Đảm bảo chế độ bôi trơn và phương pháp bôi trơn

thuận lợi cho các bộ truyền [4, 22]; Công nghệ chế tạo hợp lý, đơn giản nhất [4, 6, 22]

Tuy nhiên điểm chung trong các phương pháp là đều phải đều phải đám bảo điều kiện

bền đều của các bộ truyền trong hộp Theo [4, 22)

Từ điều kiện (1.3) trên các tác giả tiến hành xây dựng các công thức thiết kế các

bộ truyền mà trong các công thức đều thể hiện mối qua hệ giữa các kích thước cơ bản

với TST Trên cơ sở các công thức này các tác giả sẽ xây dựng bài toán phân phối TST theo các mục tiêu khác nhau tùy thuộc vào các yêu cầu thiết kế cụ thể Hiện nay đa số các nhà nghiên cứu tiễn hành phân phối theo các mục tiêu sau [4, 22, 24]:

* Phân phối theo yêu cầu gia công vỏ hộp (yêu cầu công nghệ)

Để thuận lợi cho việc gia công vỏ hộp giảm tốc cần tiêu chuẩn hóa kích thước vỏ hộp từ đó giảm chỉ phí gia công khuôn mẫu và giá thành chế tạo Với mục đích mục đích thống nhất tối đa vỏ hộp tạo thuận lợi cho việc gia công cơ vỏ hộp thì cần phải

tiêu chuẩu hóa khoảng cách trục các cặp bánh răng |4, 6,22] Xuất phát từ điều kiện

(1.3), các tác giả đã đưa ra đồ thị phân phối tỉ số truyền của hộp bánh răng trụ hai cấp khai triển và ì đồng trục [1,2,6 9]

Phan phéi theo yéu cầu bôi trơn

Bôi trơn cũng đóng một phần không nhỏ trong quá trình thiết kế, Để bôi trơn vùng

š khớp của các cặp bánh răng trồng hộp giảm tốc, người ta tính toán để các bánh lớn

=

đều được nhúng vào dau theo một giới hạn nhất định để đảm bảo đủ bôi trơn đồng 1 thời

su can trở do khuấy dầu không quá lớn [4, 6, 17, 22, 24] Mặt khác cũng cần đảm bảo

lượng dầu bôi trơn nhỏ nhất Vì kích thước các bánh răng phụ thuộc vào tỉ số truyền

nên muốn đạt được những yêu cầu trên cần phải căn cứ vào các kích thước của các bánh răng lớn để đưa ra những phương án phân phối tỉ số truyền hợp lý

* Phân phối theo yêu cầu kích thước, khối lượng gọn nhẹ

Với mục đích giảm kích thước, trọng lượng của các thiết bị, máy móc hoặc tùy từng trường hợp cụ thể cần hạn chế kích thước nào của các nhà thiết kế thì các công

thức phân phối tỉ số truyền được xây dựng đảm bảo điều kiện đó [4, 11; 21, 22] Ví dụ phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn động gồm hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm nối tiếp

bộ truyền xích [13] theo chỉ tiêu chiều đài hộp nhỏ nhất; Phân phối tỉ số truyền cho hệ dẫn động gồm hộp giảm tốc 4 cấp phân đôi cấp thứ nhất và cấp thứ ba nối tiếp bộ truyền xích [13] theo chỉ tiêu chiều dài hộp nhỏ nhất [14]

* Phân phối theo chí tiêu giá thành nhó nhất

Đây là một chỉ tiêu rất quan trọng mà rất nhiều nghiên cứu đang hướng tới Tuy

nhiên do có rất nhiều những ảnh hường phức tạp đến giá thành nên cũng mới chỉ có một vài công bố trong thời gian gần đây đề cập đến [25, 26, 27, 28]

J5

1.6 Kết luận

Tối ưu hóa quá trình thiết kế các thiết bị, dây chuyền, máy móc nói chung cũng như

| tối ưu hóa quá trình thiết kế hệ dẫn động cơ khí nói riêng là một trong những vấn đề

ị rât quan trọng đã và đang được rất nhiều các nhà nghiên cứu quan tâm Từ phần

nghiên cứu trên thây rõ rằng TST là một trong những yếu tố then chốt quyết định đến

khuôn khổ kích thước, chất lượng làm việc của các bộ truyền và cả hệ thống dẫn động

Vì vậy khi thiết kế một hệ dẫn động cần hết sức quan tâm, cân nhắc lựa chọn phương

pháp phân phối TST để đạt được những mục tiêu của thiết kế (yêu cầu về khả năng

_ làm việc; giá thành, các yêu c cầu về kích thước, về điều kiện bôi tron; van dé thong

nhất hóa, tiêu chuẩn hóa kích thước, hình dáng hộp ) 'Bài toán phân phối TST là một

bài toán thành phần vô cùng quan trọng trong bài toán tổng thể về thiết kế tối ưu hệ

———————— dẫn động cơ khí nói riêng và các hệ: thống máy móc thiết bị nói chung Đã có rất nhiều -

trình bày ở trên Tuy nhiên phân phối theo chỉ tiêu giá thành của hộp có rat it cdc

nghiên cứu và phần lớn cũng chưa thât SỰ hoàn thiện Do đó đề tài này đưa ra nghiên cứu: Tối wu hóa giá thành để phân phối tối ưu tí số truyền cho hệ dẫn động cơ khí dùng hộp giảm tỐc trục vít

các nghiên cứu về phương pháp phân phối tỉ: số truyền theo các chỉ tiêu khác nhau đã -

CHƯƠNG II

- HỘP GIẢM TÓC TRỤC VÍT VÀ PHAN PHOI Ti SO TRUYEN CHO HOP

Hinh 2.1 HGT Truc vit -banh vit — T >

Bộ truyền Trục vít = bánh vít dùng truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau

Góc chéo thường là 90 độ Bánh vít được làm bằng vật liệu giảm ma sát như đồng

thanh, đồng thau, gang xám, trục vít thường làm bằng thép Ưu điểm của bộ truyền

Trục Vít - bánh vít là tỉ số truyền lớn nhưng kích thước nhỏ gọn, làm việc êm và có khả năng tự hãm khi cần thiết Tuy nhiên bộ truyền TV-BV có nhược điểm: Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều, cần sử dụng vật liệu giảm ma sát đắt tiền (đồng thanh) để chế tạo vành bánh vít, yêu cầu cao về độ chính xác lắp ghép

Truyền động trục vít đắt và chế tạo phức tạp hơn bánh răng nên chỉ sử dụng khi cần truyền chuyển động giữa hai trục chéo nhau và yêu cầu tỉ số truyền lớn, kích thước

nhỏ gọn Do hiệu suất thấp, phát sinh nhiệt nhiều, hay hỏng vì dính nên thường dùng

để truyền công suất nhỏ và trung bình: P < 50 + 60 kW; tỉ số truyền trong một cấp

khoảng 20 + 60, đôi khi đến 100 (trong khí cụ hoặc cơ cấu phân độ: u < 300)

Trục vít thường được chế tạo liền trục, trong thiết kế cần chú ý đến việc thoát dụng

cụ cắt khi gia công ren Bánh vít được chế tạo riêng rồi lắp lên trục Khi đường kính bánh vít đưới 120mm có thể chế tạo bánh vít liền khối Khi đường kính lớn, để tiết kiệm kim loại màu, thường chế tạo riêng vành bánh vít bằng vật liệu giảm ma sát rồi

ghép với may ơ bánh vít bằng gang nhờ mối ghép độ đôi, mối ghép hàn, mối ghép vít

|

hoặc bu lông (hình 2.2) Trong sản xuất hàng loạt thường dùng bánh vít bằng đồng

thanh đúc trực tiếp lên may ơ (hình 2.2)

Hình 2.2 Câu tạo của truc vít và bánh vít

Bộ truyền Trục vít -bánh vít có thể được phân loại dựa trên biên dang ren truc vit

+ Trục vít Acsimet (hình 2.3a).: cạnh răng thang trong tiết diện dọc trục Giao của mặt

răng với tiết diện vuông góc với trục là đường Acsimet Được sử dụng phổ biến

—— HB<350.Gia công tiện;

+ Trục vít Convolut (hình 2.3b): cạnh răng thẳng trong tiết diện pháp tuyến với đường

ren Thường được g1a công bằng phay và mài;

+ Trục vít thân khai (bình 2.3): cạnh răng thẳng trong tiết diện tiếp tuyến với mặt trụ

cơ sở Giao của mặt răng với mặt phẳng vuông góc với trục là đường thân khai

HB>350 Có thé mai bang da det

Hộp giảm tốc truc vít một cấp trục vít đặt trên được sử Hình 2.4 Hộp giảm tốc truc vít một cấp, trục vữt đặt trôn dụng khi vận tốc vòng của

trục vít Vị>5m/s, bôi trơn chỗ ăn khớp bằng ngâm bánh vít trong dầu Sơ đồ này giảm

được mất mát công suất khuấy dầu do trục vít quay nhanh nhưng đặt phía trên Tuy

nhiên việc tần nhiệt qua dầu kém hơn khi trục vít đặt dưới

Hình 2.5 Hộp giảm tốc truc vít một cấp, trục vít đặt dưới

Hộp giảm tốc truc vít một cấp trục vít đặt dưới được sử dụng khi vận tốc vòng của trục vít Vị= 4r5m/s, bôi trơn chỗ ăn khớp bằng ngâm trục vít trong dầu Do trục vít quay nhanh lại dưới nên tổn hao công suất do khuấy dầu lớn Tuy nhiên việc tản nhiệt qua dầu tốt, mặt khác xác suất rơi của bột kim loại do mòn vào chỗ ăn khớp ít hơn trường hợp trục vít đặt trên

Ngoài ra còn có các trường hợp trục vít đặt thắng đứng hoặc bánh vít đặt thẳng đứng tuy nhiên việc bôi trơn rất phức tạp nên chỉ dùng khi thực sự cần thiết

Có hai loại hộp giảm tốc kết hợp bộ truyền trục vít -bánh vít và bộ truyền banhrăng -

Trục vít -bánh răng (Hình 2.7) Hai loại hộp này được sử dụng khi tỉ số truyền trong khoảng U = 50 + 130, đặc biệt có thể lên đến U = 480

Hình 2.6 Hộp giảm tốc Bánh răng - tru vít

Hộp giảm tốc Bánh răng- trục vít (Hình 2.6), có ưu điểm là kích thước và vậntỐc trượt nhỏ hơn hộp Trục vít — bánh răng, có thể dùng động cơ tốc độ lớn dé dẫn động,

vật liệu chế tạo bánh vít có thể dùng đồng thanh không thiếc hoặc gang xám nên rẻ

tiền hơn Tuy nhiên có nhược điểm hiệu suất thấp, kích thước bánh vít cồng kềnh

2.2.3 Hộp giảm tốc Trục vít - Bánh răng

Hình 2.7 Hộp giảm toc Truc vit-binh răng

Hộp giảm tốc Trục vít - bánh răng (Hình 2.7), có ưu điểm là hiệu suât cao hơn, kích

thước bánh vít nhỏ hơn hộp Bánh răng - trục vít

Tủ nhưng kích thước yêu cầu nhỏ gọn, lam việc êm

| nhưng có nhược điểm là hiệu suất thấp, nhiệt phát

dụng để truyền công suất nhỏ và trung bình (40 +

50 Kw) \ Với oại hộp này ở cấp nhanh trục vít nên

đặt trên còn ở cấp chậm ì trục vít nên đặt ‹ dưới

Hình 2.8 Hộp giảm tốc True vít hai

2.3 Các vấn đề về phân phối tỉ số truyền cho hộp giám tốc trục vít nhiều cấp — -

Cũng như các loại hộp giảm tốc nhiều cấp khác, việc phân phối tỉ số truyền cho các loại hộp giảm tốc nhiều cấp có bộ truyền trục vít cũng ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu và điều kiện làm việc và giá thành hộp Mặt khác với “đặc điểm cấu tạo, động học, động lực học của bộ truyền Trục vít-bánh vít phức tạp nên việc phân phối tỉ số truyền

gặp nhiều khó khăn và hiện có rất ít các nghiên cứu [22, 24] Các nghiên cứu [22, 24]

về phân phối tỉ số truyền các hộp giảm tốc nhiều cấp có bộ truyền trục vít — bánh vít đều xuất phát phát từ điều kiện bền tiếp xúc đều, ví dụ với các hộp giảm tốc hai cấp thì

Để xác định mối quan hệ giữa mô men xoắn cho phép và mô men tác động cần dựa

trên các điều kiện bền tiếp xúc [22, 24]

Theo (6.33), điều kiện bền tiếp xúc của bộ truyền bánh răng:

Đồng thời các mô men xoắn các cấp Tị, Tịa có mối liên quan với nhau qua tỉ số

truyền và hiệu suất truyền dẫn nên đây là cơ sở để tiến hành phân phối tí số truyền

s* Theo [22, 24], với hộp giảm tốc Trục vít - bánh răng, từ các cơ sở nêu trên tác giả

Với mục tiêu thuận lợi cho việc bôi trơn các bộ truyền trong hộp và kích thước

không quá cồng kềnh, théng thuong chon c=2,5+3; tgy=0,2 Bằng phương pháp

xấp xỉ dần, từ (3.20) sẽ xác định được uạ Đồ thi u, = f(u,,7,0); c=¢94, [22, 24],

cho trên #‡» 2.9 Trong nghiên cứu này đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của góc nâng đến tỉ

số truyền các cấp là không đáng kế nhất là với tí số truyền của hộp chỉ thay đổi từ 40

Hình 2.9 Đồ thị xác định U của HGT Truc vit -banh rang

$ Đối với hộp giảm tốc Bánh răng - trục vít, Theo [22, 24] Từ điều kiện sức bền tiếp

xúc đều, các tác giả đưa ra công thức (3.21):

20

2u? (u, +1)- 03,0? A;nu, =0

TL Hiệu suất của bộ truyền trục vit -bánh vit

Từ công thức (3.21) [22], để thuận tiện cho việc bôi trơn các bộ truyền trong hộp giảm

—_ tốc đồng thời giảm tốn hao do khuấy dầu nhiều nhất (bánh răng lớn không đượcnhúng —— -

quá sâu trong dầu), các tác giả đưa ra lời khuyên nên chọn œ, =1,5+1,8 Đồ thị

s* Với hộp giảm tốc Trục vít hai cấp, việc phân-phối tỉ số truyền vẫn đang được thực

hiện theo công thức kinh nghiệm Theo các nhà thiết kế, để kết cầu của hộp hop li

; nhất, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho quá trình gia công thì khoảng cách trục cấp

chậm nên xấp xỉ hai lần khoảng cách trục của cấp nhanh a„; #2đ,, Muốn đạt được điều này thì các nhà thiết kế khuyên nên chọn tỉ số truyền cấp nhanh nhỏ hơn

một ít so với cấp chậm, có nghĩa là ø ~.ju, nhưng 1⁄4 <./u,

2.4 Kết luận

HGT Trục vít được sử dụng khi yêu cầu truyền động với tỉ số truyền rất lớn

| nhưng lại yêu cầu kích thước nhỏ gọn với công suất truyền dẫn nhỏ và trung bình Các

hộp giảm tốc nhiều cấp có bộ truyền trục vít -bánh vít có kết cấu, các đặc điểm về động học và động lực TS HƯƠNG đối phức khiến cho việc phân phối TST cho PROB cane

khó khăn hơn các loại hộp khác vì vậy cho đến nay rất ít các nghiên cứu đề cập đến

Mặt khác hộp giảm tốc trục vít thường có giá thành cao do kết cấu phức tạp, khó gia

công đồng thời phải sử dụng vật liệu đắt tiền để chế tạo bánh vít vì vậy giá thành của

hộp giảm tốc Trục vít — bánh vít là vấn đề rất đáng quan tâm Một trong những yếu tố

ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu hộp và đương nhiên ảnh hưởng tới giá thành của hộp là

tỉ số truyền Tuy nhiên cho đến nay chưa có một nghiên cứu nào đề cập đến Vì vậy

trong nghiên cứu này chúng tôi sẽ nghiên cứu về cách phân phối tỉ số truyền cho hai

loại hộp-giảm tốc trục vít thông dụng là hộp giảm tốc Trục vít- bánh răng và hộp giảm - -

tốc Bánh răng -trục vít để đảm bảo sao cho giá thành của hộp hợp lí nhất có thê

22

Thể tích là một trong những thông số liên quan đến khuôn khổ, kích thước của

HGT có nghĩa là:phần nào liên quan đến giá thành của hộp Trước tiên chúng ta sẽ di

nghiên cứu xem tỉ số truyền có liên quan thế nào đến thể tích của hộp

Hình 3.1 Sơ đề tính thể tích HGT trục vít -bánh răng

Theo jình 3.1, thể tích của hộp được xác định:

Trong đó, các kích thước H, L, B¡ là kích thước phủ bì của hôp, được xác định:

s* H=max cầu + đua), đua +a

2 2 2 wi +max (S22; 922)46,5.5, (3.2)

23

Trong các công thức trên:

-_ đựn; đụai; đụaa: Lần lượt là đường kính vòng lăn của trục vít, bánh vít và bánh

răng bị dẫn theo [22, 24]:

dụựai=2-au:Zz1(2z+#}

“=2 06) 0, /(u, 4p 1)

- 0u; uạ: Lần lượt là tý số truyền của các bộ truyền trục vít-bánh vít cấp nhanh,

bánh răng cập chậm Gọi u, là tỷ sô truyền của hộp giảm tôc, có:

lượt là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng khi tính về sức bền tiếp xúc, và hệ

số tải trọng động, theo [22,24] &„; =1+1.3 ; k„ =1.2

- Tại: Mô men xoắn trên trục bánh vít, được xác định từ mô men xoắn đầu ra:

Với ?„ là hiệu suất bộ truyền bánh răng (7/„ =0.96 0.98 [22, 24]);7;,„ là hiệu

suất của một cặp 6 lăn (7„=0.99 0995[22/24]) Chọn 7„=0.97 ;

?ị„„ =0.992 thay vào (3.5), nhận được:

Tạ =1,0476-11„ 1y _—— 6

- [Z„¡] là ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh vít (MPa), phụ thuộc vào vật liệu

bánh vít Với vật liệu là đồng thanh không thiếc hoặc gang xám thi [o;,,| phụ thuộc

vào vận tốc trượt và được tra bảng [22, 24] Nội suy bảng này được công thức:

[Z„¡]=5.0515vŸ —49,742y„ +189,9(MPa); với hệ số R”=0

24

Vận tốc trượt sơ bộ „ có thể được dự đoán thông qua công suất truyền dẫn; tốc độ

quay trục vít và ti số truyền của bộ truyền (J; 7n ; #):

Nug 1a 6 chu thay đổi img sudt tiép xtc trén rang banh vit Va, = 607, ts; Voi ñ; là

tốc độ quay của bánh vít; 45 tổng số giờ làm việc của bộ truyền theo yêu cầu

K„„ AB là hệ số xét đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều dài tiếp xúc, với

banh rang try rang nghiéng K,,, =1,01+1,16; [z„;] là ứng suất cho phép của bộ truyền

bánh răng; K„ là hệ số kế đến ảnh hưởng của vật liệu và loại răng, với bánh răng trụ

răng nghiêng làm bằng thép K,„ =43; X,„là hệ số bề rộng bánh răng;

+* Kích thước Ö, được tính:

B, =B, +28,

Rõ ràng rằng các thông số trên đều phụ thuộc vào tỷ số truyền của các bộ truyền Do

đó thay các công thức tính các thông số đó vào (3.1) có thể xây dựng các hàm toán học

25

thể hiện được mối liên hệ giữa tỷ số truyền tổng, tỷ số truyền các cấp để đảm bảo thể tích của hộp nhỏ nhất:

—.Ầ _3.2.1 Xây dựng thí nghiệm mô phỏng kháo sát ảnh hưởng các thông số

Trong phần này căn cứ vào các công thức tính toán ở mục (3.1) và các phương trình _

| (3.10) và (3.11), tác giả tiến khảo sát chỉ tiết ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến

hàm mục tiêu bằng phương pháp thực nghiệm “Thí nghiệm sàng lọc” (Screening Experiment) Phương pháp thí nghiệm sàng lọc được tiến hành nhằm các mục đích:

_~ Xác định đâu là các yếu tố ảnh hưởng chính đến đối tượng hay quá trình _

| =

khao sat;

-_ Đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của các yếu tố;

-_ Đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của các tương tác giữa các yếu tố;

-_ Xác định được mối quan hệ của các thông số đầu vào và đầu ra dé làm cơ

sở cho quá trình cải thiện hoặc tối ưu hóa sau này

Các thông số đầu vào (các biến) được lựa chọn để khảo sát bao gồm:

- Tỉ số truyền tổng của hộp U, %

- Mô men xoắn đầu ra 7„

- Ứng suất cho phép của bộ truyền bánh răng cấp chậm AS,

- Hệ số bề rộng răng của bộ truyền bánh răng X,„

Phạm vi khảo sát của các biến này được cho trong bảng 3.1

Bang 3 1 Phạm vi khảo sát của các biến thực nghiệm

Tỉ sô truyền động tông Ug m 50 110

Hệ số bề rộng bánh răng cấp chậm Si = _—— 3

Ung suất tiếp xúc cho phép của cấp chậm 4%; MPa 350 420

Để xây dựng kế hoạch thí nghiệm và phân tích số liệu khi sử dụng dạng thiết kế thí

nghiệm toàn phần mức 2, tác giả đã lựa chọn phần mềm Minitab®19 Với số biến là 4,

thì số thí nghiệm cần thực hiện là 2'= 16 thí nghiệm

Cách thức khai báo các biến thí nghiệm cho bước khởi tạo kế hoạch thí nghiệm được

minh họa trên hình 3.2

Type of Design = “7 —— —————

(6` 2-|evel factorial (default generators) {2 to 45 factors) Factor | MAmE: Type | Low - AL = Hinh li

© Devel factorial (specify generators) (2 to 15 factors) A ug Numeric yl 60 100 '

© 24evel splt-plot (hard-to-change factors) {2 to 7 factors) in “Xba Numeric +f 0.304

{ Plackett-Burman design {2 to 47 factors) C AS2 Runene | 350 420

CG | full factorial desi

ener me eean D Tout Numeric >| 1000 1000({

Number of factors: c= | Display Available Designs

Help Cancel

Create Factorial Design: Designs ` x

Designs Runs Resolution 2^&-p)

1/2 fraction 8 pi 204-1

Number of center points per block: ov

Number of replicates for corner points: iv

Number of blocks: 1 vị

Help Cancel

duwong 2'=16 thi nghiém)

Trén hinh 3.2, thong số uy được gán cho biến A (Factor A), có tên (Name) được đặt là

u, giá trị dưới (Low) là 50; giá trị trên (High) là 110 Tương tự như vậy cho biến B,

được gán cho thông số Xụ;; biến C được gán cho thông số AS;; biến D được gán cho

thong s6 Tou Két qua xac lap kế hoạch sàng lọc được thê hiện trong bảng 3.2

27

3.2.2 Phân tích kết quá thí nghiệm

3.2.2.1 Đánh giá các ảnh hưởng của biến thí nghiệm đến u;

Các yếu tố ảnh ảnh hướng chính đến uy, được xác định một cách định tính thông

Bảng 3.2 Kế hoạch thí nghiệm sàng lọc theo uụ Xụ„ AS;, Tạu đến tị

StdOrder | RunOrder | CenterPt | Blocks u | Xpa | AS2 Pout tụ

qua đồ thị các ảnh hưởng chính (Main Effects PloÐ, trên đồ thị này, ảnh hưởng của

mỗi biến thí nghiệm được vẽ một cách độc lập trên một biểu đồ chung (Uừn 3.3)

| Main Effects Plot for u1

Fitted Means

50 100 0.3 0.4 350 420 1000 10000

Hình 3.3 Đồ thị các ảnh hưởng chính của các yếu tố uụ, Xu, ASa, Tou đến tạ

Trên hình 3.3, bến đồ thị ảnh hưởng của 4 biến được vẽ trong 4 ô độc lập nhau Từ đây thấy rằng khi uạ thay đổi từ 50 đến 110, u; thay đổi từ 19.06 đến 39.2437 Độ dốc của

98°

đồ thị này là (39.2437-19.06)/2 = 10.09185 Tương tự, độ đốc của uạ khi Xa, AS; và Tạ„ thay đổi lần lượt là: (29.1519 - 29.1519)/2 = 0; (29.1519 — 29.1519)/2 = 0;

(48.1928 — 10.1111)/2 = 19.04085 Như vậy độ đốc của đồ thị ảnh hưởng của Tọụ là

_ lớn nhất, tiếp theo là đồ thị của uụ, Còn độ dốc của các đồ thị của AS;, Xụ; bằng 0 Có

nghĩa là mô men xoắn đầu ra và tỉ số truyền động tổng có mức độ ảnh hưởng tương đối lớn đến u, còn ứng suất cho phép của bộ truyền bánh răng và hệ số bề rộng răng

Hinh 3.4 Dé thi Pareto cita các yếu tô ảnh hưởng Ug, Xba, AS2, Tout đến uạ

Như vậy, đồ thị hình 3.4 cho thấy thứ tự ảnh hưởng từ cao đến thấp đến uạ là

yếu tố D (Tạ), A (u,), tương tác AD (u;*T„) và các ảnh hưởng này có mức độ là rất

đáng kể

Để thấy rõ hơn ảnh hưởng của các tương tác khi các thông số khảo sát ở các trị số giới hạn, có thể quan sát trên biểu đồ hình 3.5

Interaction Plot for ul

— Như vậy các phương pháp đánh giá đã sử dụng để khảo sát mức độ ảnh hưởng của

các thông số đầu vào đến u¡ đều cho kết quả thông nhất với nhau: Thông số ảnh hưởng nhiều nhất là mô men xoắn đầu ra 7;„ sau đó đến tỉ số truyền tông u; và tương tác

u;*T„, Còn hai thông số là ứng suất cho phép của bộ truyền bánh răng AS; và hệ số

bề rộng răng Xụ, thì thay đổi không đáng kể

Sau khi loại bỏ các thông số có ảnh hưởng không đáng kể đến u, các thông số và

các tương có ảnh hưởng đáng ké (bảng 3.3) được đưa vào xây dựng mô hình hồi qui

Bảng 3.3 Thông tin mô hình hồi quy tị

Từ bảng 3.4, cho thấy các hệ số tương quan (ky hiéu R-Sq va R-Sq) déu cé gid

trị 100%, chứng tỏ mô hình đề xuất rất khớp với dữ liệu

Sau khi xác định được TST tối ưu của bộ truyền trục vít — bánh vít uị, TST tối ưu của

bộ truyền bánh răng cấp chậm được xác dinh dé dàng: 1 =1, tp:

3.4 Kết luận

Để xác định tỷ số truyền tối ưu của HGT Trục vít - bánh răng với mục tiêu thể tích

của HGT là nhỏ nhất, các tác giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số

đầu vào: Tí số truyền tổng của hộp u,; mo men xoắn đầu ra T,,,; ing suất cho phép của bộ truyền bánh răng cấp cham AS, ; hé số bề rộng răng của bộ truyền bánh răng X„„ và các tương tác của chúng, đến TST các cấp Các ảnh hưởng này được khảo sát

bằng các thí nghiệm mô phỏng Các thí nghiệm mô phỏng này được thiết kế và giải

bằng lập trình máy tính (phần mềm Minitab®19) Kết quả phân tích thí nghiệm giúp

xác định rõ ràng ảnh hưởng của các thông số khảo sát đến TST các bộ truyền làm tăng

tính tổng quát của công thức tính TST tối ưu được đề xuất

CHƯƠNG IV

XÁC ĐỊNH TỶ SÓ TRUYÈN TÓI ƯU

HỘP TRỤC VÍT - BÁNH RĂNG THEO CHỈ TIÊU GIÁ THÀNH NHỎ NHẤT

việc, cách phân phối tỉ số truyền Vì công suất truyền dẫn, vận tốc, điều kiện làm

việc là những thông số đầu vào của bài toán thiết kế thì vấn đề đặt ra là với cùng một

—— thông số đầu vào thì làm thế nào để giá thành là nhỏ nhất Với lập luận như vậy thì rõ

ràng TST là yếu tố quyết định rất lớn đến giá thành của hộp Do đó tr trong ng phần này ta

nghiên cứu tỉ số truyền ảnh hướng thế nào đến giá thành của bộ truyền

4.1.1 Thiết lập mối quan hệ giữa giá thành hộp và các bộ phân chính của hộp

Như chúng ta đã biết, giá thành của hộp giảm tốc phụ thuộc vào giá thành của các

bộ phận chính trong hộp như giá thành các bộ truyền, giá thành của trục, giá thành

của 6, giá thành của vỏ hôp Vì vậy có thể thiết lập hàm giá thành cia hop C,, nhu

sau:

Cop = Cy My + Cyn My, +C,.m, + Cy,.My, + C,.m, (4.1)

O day: C,; Cy; C Cu and CÔ lần lượt là giá thành trên 1 kg của trục vít, bánh Cy

vit, banh_ rang, v6 hép_truc;_m,;m,,;m,;m,,-and_m, lần lượt là khối lượng của wh?

trục vít, bánh vít, bánh răng, vỏ hộp trục (kg) Khối lượng các chỉ tiết này được tính dựa vào thể tích của từng chỉ tiết

% Khối lượng của vỏ hộp:

Men = Đ gh* Von (4.2)

Với ø„; ⁄„ là khối lượng riêng của vật liệu vỏ hộp và thê tích vỏ hộp (mì)

H=ma x| Cats Sey tem 0, tmx OBS) wil w2l : w22 EE -+ max w2l : w22 TP 6,5.5 46,5.55 (46) 4

By =byy tdyy,+4.Sg3 By, =B,+2.Sg3 Sg =0,005.L+4,5 (4.7) Khoi lwong ciia truc vit:

33

m,, = Py.W.d2,,.1, (4 w wil'”w (4.8)

Ở đây ø„; L„ là khối lượng riêng của vật liệu trục vít (kg/m”)

p,, = 7,8 (kg idm’) và chiều dài phan cắt ren của trục vit, Theo [22, 24]

J2

s%* Khối lượng của bánh vít:

Trong đó: /Ø„;; ð„¡ là khối lượng riêng của vật liệu bánh vít p, =8,88 (kg /dm')

và bề rộng của bánh vít, Theo [22, 24] 5,, =9, 15.dyx +

Khối lượng của bánh răng:

m, = P,( z.4,.d1,i.D„„ [A+ es G50, 1A) (4.10)

Trong đó Ø,; bụ;é, and ø; là khối lượng riêng của vật liệu bánh răng

ø„ =7,8 (kg ¡ ảm`) và bề rộng của bánh răng Theo [22, 24] bu; = X„.4u; ;

Voi m,; m,, and m,, la khối lượng của trục 1, trục 2 và trục 3;

1:1, and 1, ; p, là khối lượng riêng của vật liệu trục (kg/m))

đạ =[fii1(0224z9ŸŸ:— 4¿ =[fia!6/24rÐ]”; 4a =[fa/(6,24z)]

[z] là ứng suất cho phép của vật liệu trục (Mpa); [7]=15 + 20(Mpa) Trong tất cả các công thức xác định khối lượng của các CTM chính đều 'có liên quan đến khoảng cách trục và đường kính các bộ truyền nên chúng ta sẽ đi tiến hành xác định các thông số này:

“ Xác định khoảng cách trục của bộ truyền trục vít - bánh vít, theo [22, 24]:

k,=610 [22]; &„;; k„y Lần lượt là hệ số kể đến sự phân bế không đều tải trọng

khi tính về sức bền tiếp xúc, và hệ số tải trọng động, theo [22 24]

kg, =1+1.3 ; kự =1.2

| - Tạ: Mô men xoắn trên trục bánh vít, Tịz= Tai, được xác định từ mô men

xoắn đầu ra:

Toy = Dy [Uae Ms (4.16)

Với mM, 1a higu sudt bd truyén banh rang (7,, =0.96 0.98 [22, 24]);7,.14 higu suat

của một cặp 6 lin (7, =0.99 0.995[22,24]) Chọn 77; = 0.97 ; 7,,=0.992 thay vao (5.16), nhận được:

T,, =1,0476-T.,, / Uy ue (4.17)

- [Z„:] là ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh vít (MPa), phụ thuộc vào vật liệu

bánh vít

35