Nh vậy mà bộ truyền trục vít, bánh vít CAM đ ợc ng dụng rất nhiều trong các loại máy, thiết bị công nghiệp, các cơ cấu phân độ gián đoạn, băng tải gián đoạn, dây truyền lắp ráp tự động c
Trang 1M C L C
Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ………
L i cam đoan………
Cảm tạ………
Tóm tắt………
Danh sách các chữ viết tắt………
Danh sách các hình………
Danh sách các bảng………
CH NG 1: M Đ U………
1.1 Tính c p thi t cùa đ tài………
1.2 ụ nghĩa khoa học và thực ti n c a đ tài………
1.3 M c tiêu c a đ tài………
1.4 Đ i t ng và ph m vi nghiên c u………
1.4.1 Đối t ợng nghiên c u c a đề tài………
1.4.2 Phạm vi nghiên c u………
1.5 Ph ng pháp nghiên c u………
1.5.1 Cơ s ph ơng pháp luận………
1.5.2 Các ph ơng pháp nghiên c u cụ thể………
1.6 K t c u c a lu n văn………
CH NG 2: T NG QUAN ………
2.1 Gi ới thi u b truy n tr c vít - bánh vít………
2.1.1 Công dụng………
2.1.2 Phân loại………
2.1.3 u - nh ợc điểm………
i iii
vi
v
xi xii xvii
1
1
2
2
2
2
2
2
2
3
3
4
4
4
5
9
Trang 22.1.4 Phạm vi sử dụng………
2.2 Các nghiên c u liên quan đ n đ tài………
2.2.1 Các nghiên c u trong n ớc………
2.2.2 Các nghiên c u ngoài n ớc………
2.3 Đ nh h ớng nghiên c u
CH NG 3: B TRUY N TR C VÍT BÁNH VÍT TRUY N TH NG………
3.1 Các thông s c b n c a b truy n tr c vít ậ bánh vít………
3.1.1 Trục vít………
3.1.2 Bánh vít………
3.2 Đ ng học b truy n đ ng tr c vít - bánh vít ………
3.2.1 Tỷ số truyền………
3.2.2 Vận tốc vòng………
3.2.3 Vận tốc tr ợt………
3.2.4 Lực tác dụng ………
3.3 Trình t ự tính toán b truy n tr c vít ậ bánh vít………
3.3.1 Thông số đầu vào………
3.3.2 Các b ớc tính toán………
3.4 Quy trình công ngh gia công tr c vít ậ bánh vít………
3.4.1 Quy trình công nghệ chế tạo trục vít và bánh vít………
3.4.2 Yêu cầu đối với các bản vẽ trục vít và bánh vít………
3.4.3 Thiết bị và đồ gá khi gia công trục vít và bánh vít ………
3.4.4 Các ph ơng án cắt răng c a trục vít và bánh vít ………
3.5 Ph ng pháp c t răng tr c vít và bánh vít ………
3.5.1 Cắt răng trục vít hình trụ ………
3.5.2 Cắt răng bánh vít ………
3.5.3 Cắt răng trục vít lõm ………
3.5.4 Cắt răng bánh vít lõm ………
9
10
10
12
15
16
16
16
18
19
19
19
19
20
22
22
22
36
36
38
39
40
41
41
46
47
48
Trang 3C H NG 4: C S LÝ THUY T CAM………
4.1 C u trúc c b n c a h th ng CAM ………
4.2 C n………
4.3 CAM
4.4 Đ ng cong c s ………
4.5 Xác đ nh kích th ớc CAM………
4.5.1 Góc áp lực………
4.5.2 Bán kính vòng chia………
4.5.3 Bán kính cong………
4.5.4 Đ ng kính trục CAM………
4.6 Các b ớc thi t k h th ng CAM………
CH NG 5: B TRUY N TR C VÍT - BÁNH VÍT KI U ROLLER CAM
5.1 Nguyên lý c a b truy n ………
5.2 Đặc đi m và ng d ng………
5.2.1 Đặc điểm………
5.2.2 ng dụng………
5.3 Phân lo i………
5.3.1 CAM đơn dừng và CAM đa dừng ………
5.3.2 CAM chia độ đặc biệt………
5.4 Thông s thi t k c b n c a b truy n………
5.4.1 Số khoảng chia và góc chia độ………
5.4.2 Số điểm dừng (Z)………
5.4.3 Góc chia độ tổng (θt)………
5.4.4 Chu kỳ th i gian………
5.4.5 Xây dựng biểu đồ th i gian và xác định vị trí c a rãnh then ………
5.4.6 Đ ng cong CAM………
5.5 Xác đ nh ph ng pháp xơy dựng b mặt CAM………
5.5.1 Bề mặt hình học c a CAM Globoidal………
50
50
50
53
54
58
59
60
60
62
62
65
65
65
65
66
66
66
67
68
68
69
70
70
71
72
81
81
Trang 45.5.2 Xây dựng công th c toán học cho bề mặt biên dạng CAM…………
5.6 Ph ng pháp thi t k tr c vít - bánh vít ki u Roller CAM
5.6.1 Xác định các thông số hoạt động c a bộ truyền
5.6.2 Tính toán thông số c a bộ truyền
5.6.3 Xây d ựng ph ơng pháp giải ph ơng trình đ ng cong
5.6.3.1 Lựa chọn ph ơng pháp
5.6.3.2 Tính toán khoảng đ ng cong d ới dạng tham số
5.6.3.3 Mô hình hóa tham số đ ng cong trên Creo Parametric
CH NG 6: NG D NG THI T K B TRUY N Đ NG TR C VÍT - BÁNH VÍT KI U ROLLER CAM CHO MÁY ĐịNG GịI
6.1 Thông s thi t k ………
6.2 Tính toán các thông s c a b truy n ………
6.3 Mô hình hóa tham s đ ng cong………
6.4 Quy trình công ngh gia công CAM
6.4.1 Phân tích ch c năng làm việc c a chi tiết
6.4.2 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu
6.4.3 Lập th tự các nguyên công
6.4.3.1 Phân tích chọn chuẩn và chọn nguyên công
6.4.3.2 Thiết kế nguyên công
CH NG 7: K T LU N VÀ KI N NGH ………
7.1 K t lu n………
7.2 Ki n ngh ………
TÀI LI U THAM KH O
PH L C
82
87
88
88
94
94
95
99
105
105
106
107
122
122
123
124
124
124
137
137
137
138
143
Trang 5- Modified Sine Curve
- Modified Constant Velocity Curve
- Modified Trapezoid Curve
- Trapecloid Curve
- Đ ng cong hình sin biến đổi
- Đ ng cong vận tốc biến đổi liên
tục
- Đ ng cong hình thang biến đổi
- Đ ng cong hình thang
Trang 6DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 3.12 Sơ đồ gá dao hai phía khi cắt răng trục vít 42
Hình 2.1 B ộ truyền trục vít………
Hình 2.2 Truyền động vít - đai ốc………
Hình 2.3 Phân loại theo hình dạng mặt chia c a trục vít………
Hình 2.4 Trục vít Acsimet………
Hình 2.5 Trục vít Convolute………
Hình 2.6 Trục vít trụ thân khai………
Hình 2.7 Tr ục vít trụ đ ợc tạo hình bằng mặt côn………
Hình 2.8 Tr ục vít đ ợc tạo hình bằng mặt CAM………
Hình 2.9 Phân loại theo mối ren
Hình 2.10 Gia công bánh vít - trục vít trên máy CNC………
Hình 2.11 CAM Globoidal
Hình 2.12 Bộ truyền CAM chia độ Globoidal
Hình 2.13 Thông số hình học c a CAM Globoidal
Hình 3.1 Thông số hình học trục vít
Hình 3.2 Ph ơng chiều vận tốc tr ợt vs
Hình 3.3 Lực tác dụng trong bộ truyền trục vít - bánh vít
Hình 3.4 Thông số đầu vào trục vít - bánh vít
Hình 3.5 Sơ đồ tính toán thiết kế trục vít - bánh vít
Hình 3.6 Bản vẽ trục vít lõm
Hình 3.7 B ản vẽ bánh vít lõm
Hình 3.8 Sơ đồ gá đặt bánh vít khi cắt răng
Hình 3.9 Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng
Hình 3.10 Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít
Hình 3.11 Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít
4
4
5
6
6
7
7
8
8
11
13
13
14
16
20
21
22
35
38
38
39
40
42
42
Trang 7Hình 3.13 Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít
Hình 3.14 Sơ đồ xoáy răng trục vít
Hình 3.15 Sơ đồ cán trục vít
Hình 3.16 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa
Hình 3.17 Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài côn dạng chậu
Hình 3.18 Sơ đồ mài trục vít kiểu chốt
Hình 3.19 Các ph ơng pháp cắt răng bánh vít
Hình 3.20 Sơ đồ cắt răng trục vít lõm bằng đầu dao
Hình 3.21 Sơ đồ cắt răng bánh vít bằng dao phay quay
Hình 3.22 Sơ đồ cà bánh vít lõm
Hình 4.1 Hệ thống CAM
Hình 4.2 Quy luật chuyển động c a cần
Hình 4.3 Hình dạng cần
Hình 4.4 Các dạng chuyển động c a cần
Hình 4.5 V ị trí cần
Hình 4.6 Dạng chuyển động c a CAM
Hình 4.6 Hình dạng CAM
Hình 4.8 Đ ng cong vận tốc không đổi
Hình 4.9 Đ ng cong gia tốc không đổi
Hình 4.10 Đồ thị chuyển vị c a đ ng cong gia tốc không đổi…………
Hình 4.11 Đ ng cong điều hòa
Hình 4.12 Đồ thị chuyển vị c a đ ng cong điều hòa
Hình 4.13 Đ ng cong Cycloit
Hình 4.14 Đồ thị chuyển vị c a đ ng cong Cycloit
Hình 4.15 Góc áp lực và lực đẩy ngang
Hình 4.16 Góc áp lực
Hình 4.17 Bán kính cong
Hình 4.18 Tính toán cho bán kính cong
Hình 4.19 Xác định lực
42
43
44
45
45
46
47
48
49
49
50
51
52
52
52
53
54
55
56
56
57
57
58
58
59
59
60
61 64
Trang 8Hình 5.1 Bộ truyền Roller CAM………
Hình 5.2 Vòng chia độ CAM đơn dừng và đa dừng………
Hình 5.3 Góc chia độ không bằng nhau………
Hình 5.4 Bộ chỉ số chia không đều nhau………
Hình 5.5 Khoảng chia (Góc chia θh)………
Hình 5.6 Số điểm dừng………
Hình 5.7 H ớng xoắn c a CAM………
Hình 5.8 Vị trí rãnh then trên trục và góc chia độ (θh)………
Hình 5.9 Biểu đồ th i gian và góc chia độ (θh)………
Hình 5.10 Biểu đồ S, A, V, J c a đ ng cong hình sin biến đổi …………
Hình 5.11 Biểu đồ S, A, V, J c a đ ng cong vận tốc biến đổi liên tục
Hình 5.12 Biểu đồ S, A, V, J c a đ ng cong hình thang biến đổi ………
Hình 5.13 Biểu đồ S, A, V, J c a đ ng cong hình thang………
Hình 5.14 Đ ng cong xây dựng bề mặt CAM………
Hình 5.15 Hệ tọa độ cho cơ cấu CAM………
Hình 5.16 CAM Globoidal indexing ………
Hình 5.17 Hệ tọa độ c a Roller CAM………
Hình 5.18 H ớng quay c a CAM………
Hình 5.19 Xác định góc quay c a CAM và cần………
Hình 5.20 Thông s ố cơ bản c a bộ truyền………
Hình 5.21 CAM đơn dừng với 1 và 2 đ ng dẫn………
Hình 5.22 Đ ng cong hình sin biến đổi………
Hình 5.23 Sơ đồ giải thuật thiết kế các thông số cơ bản c a bộ truyền trục vít - bánh vít CAM………
Hình 5.24 Các đ ng cong 1L, 2L, 2R, 3R và đ ng cong dừng c a bộ truyền trục vít – bánh vít CAM
Hình 5.25 Giao diện PTC Creo Parametric 3.0………
Hình 5.26 Hộp thoại New………
65 67 67 68 69 70 71 72 72 74 75 77 79 81 82 83 84 86 87 87 89 90 93 95 99 100 Hình 5.27 Hộp thoại New File Options……… 100
Trang 9Hình 5.28 Giao diện PTC Creo Parametric 3.0 sau thiết lập………
Hình 5.29 Lựa chọn cách nhập đ ng cong………
Hình 5.30 Lựa chọn gốc tọa độ………
Hình 5.31 Hộp thoại Equation………
Hình 5.32 Lệnh Boundary Blend………
Hình 5.33 Merge surface………
Hình 5.34 Lệnh Solidify………
Hình 5.35 Sơ đồ giải thuật trên mô hình hóa đ ng cong CAM trên phần mềm Creo Parametric 3.0………
Hình 6.1 Thông s ố cơ bản………
Hình 6.2 Kh i động ch ơng trình PTC Creo Parametric 3.0………
Hình 6.3 Giao diện PTC Creo Parametric 3.0 sau thiết lập………
Hình 6.4 Hộp thoại Equation………
Hình 6.5 Đ ng cong CAM đầu tiên cho khoảng th nhất………
Hình 6.6 Tập hợp đ ng cong CAM trong đoạn th nhất………
Hình 6.7 Tập hợp đ ng cong CAM trong đoạn th hai………
Hình 6.8 Tập hợp đ ng cong CAM trong đoạn th ba………
Hình 6.9 Lệnh Group………
Hình 6.10 Đ ng cong 2L………
Hình 6.11 Đ ng cong 2R………
Hình 6.12 Đ ng cong 3R………
Hình 6.13 Đ ng cong dừng trái (SL)………
Hình 6.14 Đ ng cong dừng phải (SR)………
Hình 6.15 Đ ng cong CAM hoàn thiện………
Hình 6.16 Lệnh Boundary Blend………
Hình 6.17 Boundary Blend các mặt còn lại………
Hình 6.18 Merge surface………
Hình 6.19 Merge surface hoàn chỉnh………
101 101 101 102 102 103 103 104 105 108 108 108 109 109 110 110 111 111 112 112 113 113 114 114 115 115 116 Hình 6.20 Lệnh Solidify……… 116
Trang 10Hình 6.21 Sau khi Solidify………
Hình 6.22 Biên dạng phác thảo………
Hình 6.23 Biên dạng 3D c a CAM………
Hình 6.24 Tạo bản vẽ lắp………
Hình 6.25 Lựa chọn gốc tạo độ………
Hình 6.26 Lựa chọn chi tiết số 2………
Hình 6.27 Sau khi đặt trùng hệ tọa độ………
Hình 6.28 Component Operations………
Hình 6.29 Merge………
Hình 6.30 Kết quả cộng khối………
Hình 6.31 Extrude hai phía………
Hình 6.32 Biên dạng CAM hoàn chỉnh………
Hình 6.33 Định vi nguyên công 1
Hình 6.34 Định vị nguyên công 2
Hình 6.35 Định vị nguyên công 3
Hình 6.36 Định vị nguyên công 4
Hình 6.37 Định vị nguyên công 5
Hình 6.38 Đồ gá nguyên công 5
Hình 6.39 Chọn gốc phôi
Hình 6.40 Chọn ph ơng gia công
Hình 6.41 Chọn máy gia công
Hình 6.42 Dao phay rãnh số 1
Hình 6.43 Thiết lập thông số cho dao số 1
Hình 6.44 Dao phay cầu số 2
Hình 6.45 Thiết lập thông số cho dao số 2
Hình 6.46 Khai báo mặt gia công
Hình 6.47 Thiết lập chiều sâu cắt
Hình 6.48 Chọn ch ơng trình gia công
Hình 6.49 Mã lệnh G - Code trên phần mềm
117
117
118
118
119
119
120
120
121
121
122
122
124
125
126
126
126
128
128
129
129
129
130
130
131
131
132
132
133
Trang 11Hình 6.50 Quỹ đạo chuyển động
Hình 6.51 Hình ảnh bắt đầu gia công
Hình 6.52 Hình ảnh kết thúc gia công
Hình 6.53 Sản phẩm sau chạy dao
Hình 6.54 Công nghệ quét 3D
131
132
134
134
136
Trang 12DANH SÁCH CÁC B NG
Trang
B ng 3.1 Cấp chính xác bộ truyền trục vít phụ thuộc vào vận tốc tr ợt vs
B ng 3.2 C ấp chính xác cho bộ truyền trục vít - bánh vít
B ng 3.3 B ảng đặc tính vật liệu sử dụng trong chế tạo bánh vít
B ng 3.4 ng suất tiếp xúc cho phép c a bánh vít bằng đồng thanh không thiếc và gang
B ng 3.5 Hệ số t ơng đ ơng cho các điều kiện tải đặc tr ng c a bánh vít
B ng 3.6 Hệ số hao mòn vật liệu tính đến Cv
B ng 3.7 Trị số tiêu chuẩn c a aw
B ng 3.8 Giá trị tiêu chuẩn c a q
B ng 3.9 Giá trị tiêu chuẩn c a m
B ng 3.10 Hệ số ảnh h ng X trong chế độ chạy rà
B ng 3.11 Trị số c a hệ số tải trọng động KHv
B ng 3.12 Hệ số biến dạng c a trục vít θ
B ng 3.13 Trị số dạng răng YF
B ng 3.14 Chiều dài phần cắt ren c a trục vít
B ng 3.15 Các ph ơng án cắt răng trục vít và bánh vít
B ng 3.16 L ợng d mài trục vít hình trụ (l ợng d một phía)
B ng 5.1 Đặc tính đ ng cong CAM
20
23
24
24
26
26
28
29
29
31
31
31
33
34
41
46
80
Trang 13Ch ng 1
Bộ truyền trục vít là một trong các bộ truyền đ ợc sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng Với những u điểm: kích
th ớc nhỏ gọn, khả năng tải lớn, hiệu suất cao và làm việc tin cậy
Theo th i gian, bộ truyền động trục vít đư có nhiều cải tiến và gần đây đư đạt
đ ợc nhiều thành tựu đáng kể với các bộ truyền nh bộ truyền trục bánh vít lõm, bộ truyền trục vít - bánh vít CAM nh những u điểm nổi bật nh :
- Cấu trúc vững chắc và khả năng mang tải cao
- Khe h giữa giữa các cơ cấu thành phần bé
- Khả năng làm việc êm, ít rung động
- Độ tin cậy khi làm việc rất cao
- Có khả năng truyền động rất chính xác
Nh vậy mà bộ truyền trục vít, bánh vít CAM đ ợc ng dụng rất nhiều trong các loại máy, thiết bị công nghiệp, các cơ cấu phân độ gián đoạn, băng tải gián đoạn, dây truyền lắp ráp tự động cũng nh trong các máy CNC hiện nay
1.1 Tính c p thi t c a đ tài
Do đây là các bộ truyền mới nên các tài liệu, lý thuyết về tính toán thiết kế
ch a đ ợc công bố rộng rãi và chỉ xuất hiện d ới dạng các thông tin nghiên c u,
khảo sát trên các tạp chí chuyên ngành Đó là lý do đề tài ―Nghiên c u xây dựng quy trình thiết kế và công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới (Roller CAM)‖ đư đ ợc triển khai với các nội dung chính:
- Tổng hợp, hệ thống và trình này ph ơng pháp tính toán thiết kế các bộ truyền trục vít truyền thống
- Nghiên c u cơ s lý thuyết c a bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới
- Đề xuất ph ơng pháp tính toán thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới
Trang 14- Ph ơng pháp thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên phần mềm Creo 3.0
- Các b ớc triển khai gia công bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên máy CNC
1.2 ụ nghĩa khoa học và thực ti n c a đ tài
- Đề xuất đ ợc ph ơng pháp tính toán thiết kế cơ cấu CAM
- Xây dựng hệ thống công th c, bảng biểu phục vụ việc tính toán thiết kế
- Đề xuất đ ợc quy trình công nghệ chế tạo CAM
1.3 M c tiêu c a đ tài
- Xây dựng ph ơng pháp và hệ thống công th c để tính toán thiết kế cơ cấu CAM Globoidal Trên cơ s đó đề xuất công nghệ gia công chế tạo CAM trên máy điều khiển số
+ Đặc tính hình học, cấu tạo, u nh ợc điểm và phạm vi sử dụng
+ Thông số tính toán thiết kế
+ Ph ơng pháp gia công trên máy điều khiển số
Trang 15- Tổng hợp các tài liệu sách, tạp chí trong và ngoài n ớc, bài báo khoa học và trên internet để làm ph ơng pháp nghiên c u cụ thể
truyền trục vít - bánh vít và định hướng nghiên c u c a đề tài
Ch ng 3: Bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống
bộ truyền trục vít - bánh vít truyền thống
Ch ng 4: Cơ s lý thuyết CAM
đường cong cơ sở và các bước tính toán thiết kế hệ thống CAM
Ch ng 5: Bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu Roller CAM
dụng, thông số thiết kế cơ bản và phương pháp xây dựng xây dựng bề mặt CAM trên phần mềm Creo Parametric
Ch ng 6: ng dụng thiết kế bộ truyền động trục vít - bánh vít kiểu Roller
CAM cho máy đóng gói
Ch ng 7: Kết luận và kiến nghị
Trang 16
Hình 2.1 B ộ truyền trục vít [3]
Trong truyền động vít – đai ốc (hình 2.1a), khi vít quay và cố định chiều dọc
trục thì đai ốc chuyển động tịnh tiến, trong bộ truyền trục vít (hình 2.1b) thì bánh vít xem nh đai ốc chuyển động quay
Hình 2.2 Truy ền động vít - đai ốc [3]
Trang 17Vì có khả năng tự hãm nên chuyển động và công suất đ ợc truyền từ trục vít sang bánh vít (hình 2.2)
Hình 2.3 Phân lo ại theo hình dạng mặt chia c a trục vít
- Theo hình d ng ren c a tr c vít, b truy n tr c vít đ c chia làm các lo i sau:
+ Tr c vít Acsimet: Ký hiệu ZA, có giao truyến giữa mặt ren và mặt phẳng
ch a đ ng tâm trục là đ ng thẳng Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc đ ng tâm trục là đ ng xoắn ốc Acsimet Trục vít Acsimet đ ợc chế tạo trên
Trang 18máy tiện thông th ng Mặt ren th ng không mài, vì nếu mài cần dùng đá mài có hình dạng đặc biệt, gia công khó khăn Vì vậy trục vít Acsimet th ng đ ợc dùng trong các bộ truyền có yêu cầu độ rắn trục vít nhỏ hơn 350HB
Hình 2.4 Tr ục vít Acsimet [8]
+ Tr c vít Convolute : Ký hiệu ZN, có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc ph ơng ren là đ ng thẳng Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông góc đ ng tâm trục là đ ng xoắn Convolute Loại trục vít này tuy có tính công nghệ cao hơn trục vít Acsimet (dùng đ ợc dao hai l ỡi có góc cắt nh nhau để
tiện ren), nh ng cũng cần đá mài đặc biệt để mài, do đó ít dùng
Hình 2.5 Tr ục vít Convolute [8]
tiếp tuyến với mặt trụ cơ s là đ ng thẳng Giao tuyến c a mặt ren và mặt phẳng vuông góc với đ ng tâm trục là đ ng xoắn thân khai Trục vít thân khai có thể mài bằng đá mài dẹt, do đó đ ợc dùng khi có yêu cầu độ c ng trục vít lõm lớn hơn 45HRC
Trang 19Hình 2.6 Tr ục vít trụ thân khai [8]
+ Tr c vít tr đ c t o hình bằng mặt côn: Kí hiệu ZK, t ơng tự trục vít
thân khai nó cũng có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ
cơ s là đ ng thẳng Giao tuyến c a mặt ren và mặt phẳng vuông góc với đ ng tâm trục là thân khai dạng này dụng cụ cắt có dạng hình thang nh ng profile
răng c a trục vít là mặt lồi trong mặt cắt ngang và lõm trong mặt cắt dọc
Nếu gia công trục vít không cần mài thì sử dụng trục vít Acsimet Nếu phải mài thì sử dụng trục vít thân khai
Hình 2.7 Tr ục vít trụ được tạo hình bằng mặt côn [8]
Trang 20+ Tr c vít đ c t o hình bằng mặt CAM:
Hình 2.8 Tr ục vít được tạo hình bằng mặt CAM
Đây là dạng trục vít bánh vít kiểu mới th ng đ ợc sử dụng trong các cơ cấu phân độ gián đoạn, băng tải gián đoạn cũng nh trong các máy CNC…Bề mặt tạo hình c a trục vít này dựa trên bề mặt CAM không gian (CAM thùng) dạng trụ hoặc gloiboid Trong đó CAM đóng vai trò là trục vít và bánh vít là các turret có gắn các con lăn (roller) nh nhìn thấy trên hình 2.3c Truyền động c a CAM và turret thông qua rãnh CAM đ ợc tạo nên từ các đ ng cong cơ s trong CAM và các con lăn bị
dẫn
- Theo s m i ren trên tr c vít, b truy n tr c vít chia ra hai lo i:
a) b) c)
Hình 2.9 Phân lo ại theo mối ren [4]
Trang 21- Trục vít một mối ren
- Trục vít nhiều mối ren
Đối với bộ truyền trục vít truyền động thì số mối ren z1 = 1, 2, 4 Trong một số
tr ng hợp, có thể là 3 và 6 Số mối ren càng ít thì khả năng tự hãm càng cao
Trục vít có thể nằm ngang: trên, d ới, ngang so với bánh vít hoặc thẳng đ ng
2 1.3 u nh c đi m c a b truy n
u điểm:
- V ới b truy n tr c vít bánh vít th ng
+ Tỷ số truyền lớn
+ Làm việc êm và không ồn
+ Có khả năng tự hưm và có độ chính xác động học cao
- V ới b truy n tr c vít bánh vít CAM
+ Khe h giữa giữa các cơ cấu thành phần bé
+ Khả năng làm việc êm
+ Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có vận tốc tr ợt lớn nên phải tính nhiệt cho
bộ truyền trục vít và kèm theo các biện pháp làm nguội
+ Vật liệu chế tạo bánh vít làm bằng kim loại màu để giảm ma sát nên đắt tiền
- V ới b truy n tr c vít bánh vít CAM
+ Chế tạo ph c tạp
2.1.4 Ph m vi s ử d ng
Bộ truyền trục vít th ng do có hiệu suất thấp (khoảng 70÷80%) nên chỉ sử dụng cho phạm vi công suất bé và trung bình (P < 60kW), rất hiếm khi đến 200kW Do
tỷ số truyền lớn nên bộ truyền trục vít đ ợc sử dụng rộng rưi trong các cơ cấu phân
độ Vì có khả năng tự hãm nên bộ truyền trục vít đ ợc sử dụng khá phổ biến trong
Trang 22các máy nâng nh cần trục, t i Tỷ số truyền bộ truyền trục vít một cấp nằm trong khoảng từ 8 ÷ 63 có khi đến 80 Trong một số tr ng hợp dùng bộ truyền hai cấp, tỷ
số truyền có thể đến 1000 Khi thiết kế hệ thống truyền động bao gồm các cặp bộ truyền bánh răng và trục vít thì nên bố trí trục vít cấp nhanh, vì nh thế răng vận
tốc vòng trục vít, tạo điều kiện thuận lợi để hình thành lớp dầu bôi trơn trong mối ăn
khớp và giảm ma sát Để tránh quá nhiệt trong quá trình làm việc nên sử dụng bộ truyền trục vít trong hệ thống truyền động theo chu kì (không liên tục) nh : dùng trong các máy nâng chuyển, máy cắt kim loại, ô tô…
Bộ truyền trục vít CAM th ng đ ợc sử dụng trong các cơ cấu phân độ gián đoạn, băng tải… truyền động với tốc độ và độ chính xác cao, làm việc êm, ít va đập
2.2 Các nghiên c u liên quan đ n đ tài
2.2.1 Các nghiên c u trong n ớc
Bài báo ―Tính toán và phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc hai cấp trục
tốc hai cấp trục vít - bánh răng, dựa theo điều kiện không đổi c a mômen xoắn trên trục bánh vít và độ bền đều tiếp xúc c a các bộ truyền
Bài báo đư thiết lập đ ợc công th c giải tích để phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng Công th c này không những cho phép xác định nhanh chóng và chính xác tỷ số truyền c a các cấp u1, u2 theo tỷ số truyền chung uh, mà còn tạo điều kiện thuận lợi để lập trình tự động tính toán thiết kế Kết quả c a bài báo có thể dùng để tính toán phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm
tốc hai cấp trục vít – bánh răng, làm cơ s khoa học trong việc phân phối tỷ số truyền cho các loại hộp giảm tốc khác và dùng làm tài liệu tham khảo khi nghiên
c u, cũng nh giảng dạy và học tập
- Có thể tìm thấy ph ơng pháp tái tạo quy luật chuyển vị c a cần từ tập hợp các điểm đo số hóa c a biên dạng CAM phẳng, ng dụng cho cơ cấu CAM cần lắc đáy lăn [7] Xuất phát từ quan hệ tiếp xúc CAM-cần, tác giả xây dựng hệ ph ơng trình liên hệ giữa chuyển vị góc c a cần lắc và góc vị trí c a CAM Khi giải hệ ph ơng trình nói trên nhằm tái tạo quy luật chuyển vị c a cần lắc, cần biết ph ơng trình mô
Trang 23tả biên dạng CAM Để xây dựng ph ơng trình biên dạng CAM từ tập hợp các điểm
đo số hóa, tác giả sử dụng đ ng cong B-Splines đều và ph ơng pháp bình ph ơng
tối thiểu Thuật toán và ch ơng trình tính toán cho phép tái tạo nhanh biên dạng CAM, từ đó dễ dàng tái tạo quy luật chuyển vị c a cần từ tập hợp các điểm đo số hóa trên biên dạng CAM Trên cơ s đó có thể kiểm tra độ chính xác c a biên dạng CAM phẳng sau khi gia công Bên cạnh đó, thuật toán đề nghị cũng cho phép giải bài toán phân tích động học cơ cấu CAM khi cho tr ớc tập hợp các điểm r i rạc trên biên dạng CAM
- Đề tài “Nghiên c u chế tạo bộ truyền trục vít – bánh vít trên máy CNC” [8]
đ ợc thực hiện với mục đích đáp ng phụ tùng thay thế trong n ớc và phục vụ cho công tác đào tạo trong các tr ng kỹ thuật Góp phần xây dựng trình tự tính toán thiết kế và công nghệ gia công bộ truyền trục vít – bánh vít Bằng cách ng dụng phần mềm Inventor 2010 cho phần thiết kế, Master CAM X5 cho phần xây dựng trình tự gia công, mô phỏng gia công và lập ch ơng trình gia công trên máy CNC Công việc chế tạo gia công thử nghiệm bộ truyền đ ợc thực hiện trên máy tiện CNC 3 trục Emco Concept Turn 250 và máy phay CNC 4 trục Emco Concept Mill
155 tại Viện công nghệ Đại học Bách Khoa Đà Nẵng
Hình 2.10 Gia công bánh vít – trục vít trên máy CNC [8]
Tuy vậy đề tài vẫn còn một số h ớng cần phát triển thêm nh : sự tiếp xúc giữa các răng trong quá trình ăn khớp c a bộ truyền, phân tích thiết kế tối u hóa hình
dạng và kích th ớc c a bộ truyền trục vít bánh vít khi gia công nhằm giảm chi phí
chế tạo thử và thiết kế chế tạo bộ truyền trục vít có nhiều đâu mối
Trang 24- Đề tài “Tính toán thiết kế cơ cấu CAM không gian trên máy tính” [9] đề cập
đến sự cần thiết trong ng dụng máy tính vào công việc tính toán thiết kế nói chung
và cơ cấu CAM không gian nói riêng Giới thiệu về cách phân loại về kết cấu c a các bộ phận CAM không gian th ng gặp Từ đó áp dụng ph ơng pháp giải tích để thiết lập các ph ơng trình biên dạng, các thông số hình học, công th c tính lực và các kích th ớc liên quan c a CAM Cuối cùng tác giả sử dụng ngôn ngữ lập trình Pascal vào việc xây dựng quy trình tính toán, thiết kế
Đề tài có u điểm là rút ngắn rất nhiều th i gian tính toán và nâng cao m c độ chính xác so với việc tính toán bằng tay Không những thế biên dạng CAM đ ợc vẽ
ra dựa trên cơ s tính toán tọa độ theo các biểu th c toán học Nh ợc điểm là do đề tài đư đ ợc thực hiện khá lâu do vậy ngôn ngữ đư không còn phù hợp với sự phát triển
2.2.2 Các nghiên c u ngoƠi n ớc
- Bài báo “Design and Analysis of Globoidal CAM Index Drive” [15] nêu lên
các vấn đề cần phải đối mặt với các nhà sản xuất bộ chia độ trong các quyết định
lựa chọn một trong ba đ ng cong cơ bản c a CAM là đ ng cong vận tốc biến đổi liên tục, đ ng cong hình sin biến đổi, đ ng cong hình thang biến đổi Từ kết quả
và phân tích chuyển động c a đ ng cong, quan sát thấy rằng đối với tải trọng cao
và tốc độ cao thì sử dụng đ ng cong hình thang biến đổi là phù hợp, tải thấp và tốc
độ cao thì sử dụng đ ng cong hình sin biến đổi là sự lựa chọn tốt nhất và các điều kiện tải cao và tốc độ thấp thì sử dụng đ ng cong vận tốc không đổi biến đổi là thích hợp hơn Đối với các sự kết hợp khác thì đ ng cong hình sin biến đổi cho kết
quả tốt hơn
- Thực hiện mô hình hóa CAM Gloiboidal lõm với cơ cấu con lăn cần lắc [16]
Bằng cách nêu ra các ph ơng pháp xây dựng bề mặt làm việc c a cơ cấu CAM
Globoidal nh : ph ơng pháp toán học, ph ơng pháp tạo bề mặt thông qua mặt pitch, ph ơng pháp ―giả‖ gia công Kiểm tra các ph ơng pháp thông qua hàm toán
học cũng nh thực hiện mô hình hóa bằng phần mềm Pro/E 2.0 Tuy vậy tác giả
mới thực hiện ph ơng pháp này trên một phần mềm nên ch a có sự so sánh, kiểm
Trang 25tra, và việc tạo cơ cấu bằng phần mềm này cũng mất rất nhiều th i gian từ khâu viết
mư nhúng cho đến khâu thiết kế hoàn chỉnh
Hình 2.11 CAM Globoidal [16]
- Đề cập đến vấn đề phân tích và thiết kế bộ chia độ CAM Globoidal bài báo
―Analysis and Design of the Globoidal Indexing CAM Mechanism” [17] Tác giả đi
từ công việc thiết kế và phân tích bề mặt contour c a CAM chia độ Globoidal với
sự trợ giúp c a máy tính sau đó thiết kế tối u theo yêu cầu c a động lực học Cuối cùng, thảo luận về các vấn đề về góc áp lực c a CAM Globoidal
Hình 2.12 B ộ truyền CAM chia độ Globoidal [17]
Qua nghiên c u tác giả thấy rằng mặc dù các góc áp lực danh nghĩa và góc áp
lực t ơng đ ơng đ ợc xem xét từ các quan điểm khác nhau, nguyên nhân là để đơn
giản hóa việc tính toán sau này là để phản ánh điều kiện thực tế c a lực tác dụng trên các đ ng tiếp xúc, nh ng sự khác biệt giữa các ph ơng pháp tính toán là rất ít
Trang 26trong hầu hết các tr ng hợp Do đó, là phù hợp để sử dụng góc áp danh nghĩa để đơn giản hóa tính toán trong thiết kế và kiểm tra c a các cơ cấu CAM
- Nghiên c u về bề mặt hình học c a bánh con lăn CAM với con lăn hyperboloid đư đ ợc Hong Sen Yan, Hsin Hang Chen nghiên c u [18] Trong đó các ph ơng trình bề mặt c a trục hyperboloid đư đ ợc thiết lập Sự phối hợp giữa
hệ thống và các ma trận biến đổi t ơng ng với các CAM bánh lăn cũng đ ợc xác định Các biểu th c toán học cho các hình dạng bề mặt c a bánh răng CAM lăn,
bằng cách áp dụng lý thuyết các bề mặt liên hợp, hình học vi phân, và phối hợp chuyển đổi có nguồn gốc Dựa trên hình học mặt có sẵn c a các CAM bánh lăn, các đơn vị thông th ng c a bề mặt CAM thu đ ợc b i hình học vi phân Các đ ng
tiếp xúc c a các bề mặt liên hợp đ ợc xác định theo ph ơng trình chia l ới và quy định quan hệ đầu vào đầu ra Đây ph ơng pháp đề xuất rất hữu ích cho các nhà thiết
kế để xác định các bề mặt hình học c a bánh con lăn CAM với con lăn hyperboloid
- Bài báo ―Motion curve synthesis and geometric designof Globoidal CAM
nhằm tăng hiệu suất c a một cơ cấu CAM Globoidal gián đoạn Ph ơng pháp đề
xuất dựa trên sự tổng hợp c a các con lăn theo chuyển động turret hai tốc độ khác nhau để giảm tác dụng c a lực quán tính gây ra khi kh i động/dừng cơ chế gián đoạn
Hình 2.13 Thông s ố hình học c a CAM globoidal [19]
Trang 27Các đ ng cong chuyển động trong một cơ cấu CAM Globoidal với một tốc độ biến đổi gián đoạn đ ợc định nghĩa b i phi tham số hợp lý B-Spline để tăng khả năng vận chuyển Có bốn kỹ thuật quan trọng để thiết kế một cơ chế CAM: đầu tiên
là xây dựng biên dạng CAM bằng ph ơng pháp quét khối l ợng, th hai là tổng hợp các đ ng cong chuyển động c a một turret bằng cách sử dụng một đ ng cong B-spline hợp lý về kiểm soát vận tốc, th ba là để phân tích các tính chất cơ học c a CAM bằng cách sử dụng các ph ơng pháp vector hình học, và cuối cùng là lên kế
hoạch một ch ơng trình NC và để ớc tính hiệu suất chính xác khi gia công trên máy năm trục
- Các công trình trong n ớc gần nh a ch a đề cập đến vấn đề thiết kế và chế tạo
bộ truyền trục vít kiểu Roller CAM
Từ các phân tích trên, có thể định h ớng các nghiên c u chính c a đề tài nh sau:
- Nghiên c u cơ s lý thuyết c a bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới
- Đề xuất ph ơng pháp tính toán thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới
- Ph ơng pháp thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên phần mềm Creo 3.0
- Các b ớc triển khai gia công bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên máy CNC
Trang 29Dãy 1 1; 1.25; 1.6; 2; 2.5; 3.15; 4; 5; 6.3; 8; 10; 12.5; 16; 20; 25
Dãy 2 1.5; 3; 3.5; 6; 7; 18
u tiên chon trị số môđun theo dưy 1
Trị số đ ng kính q theo tiêu chuẩn
Dãy 1 6,3; 8,0; 10; 12,5; 16; 3,15; 20; 25
Dãy 2 7,1; 9,0; 11,2; 14,0; 18; 22,4
u tiên chọn q theo dãy 1, trị số q = 25 ít dùng
- Góc vít c a đ ng xoắn ốc (th ng trong khoảng 5 - 200) xác định theo công
th c:
tg = πmZ1/πd1 = Z1/q (3.2) Trong đó Z1 = 1, 2, 4 – số mối ren c a trục vít
Số mối ren càng ít thì góc sẽ nhỏ, hiệu suất bộ truyền thấp, nếu lấy Z1 lớn kích
th ớc bộ truyền sẽ lớn và giá thành tăng lên Trong các bộ truyền công suất lớn không nên dùng trục vít có Z1 = 1 vì làm mất mát công suất lớn và nóng nhiều Qua kinh nghiệm thiết kế , khi u = 10 ÷ 18 nên lấy Z1 = 4; u = 18 ÷ 40 nên lấy Z1 = 2 và khi u > 40 lấy Z1 = 1
- Đ ng kính mặt trụ lăn c a trục vít
dw1 = (q + 2x)m (3.3) Trong đó x – khoảng dịch dao khi cắt bánh vít, lùi dao phay ra xa (dịch dao
d ơng) hoặc dịch gần tâm phôi (dịch dao âm) (-1 ≤ x ≤1)
Với ha = 1,0 - hệ số chiều cao đầu răng
hf = ha + c - hệ số chiều cao chân răng
c = 0,2 - hệ số khe h h ớng tâm
Trang 303.1.2 Bánh vít
Bánh vít có răng nghiêng có góc = B ớc vòng c a răng bánh vít trên mặt
trụ chia có đ ng kính d2 bằng b ớc P c a profile ren trục vít, do đó πd2 = Z2.P
hoặc:
d2 = mZ2 = d2 (3.6)Trong đó Z2– Số răng bánh vít
- nữa góc tiếp xúc ren trục vít với răng bánh vít
400, (450), 500 mm Tuy nhiên, nếu không có yêu cầu thiết kế hộp giảm tốc tiêu chuẩn thì có thể lấy aw có giá trị bất kỳ Để chọn khoảng cách trục aw theo tiêu chuẩn, ta cần phải dịch chỉnh răng B i vì cắt bánh vít khi không dịch chỉnh hoặc
dịch chỉnh đều dùng dao có hình dạng và kích th ớc giống trục vít, cho nên dịch
chỉnh chỉ tiến hành đối với răng bánh vít
Trang 31Nh ta đư biết, số ren trục vít Z1 = 1, 2, 4 và trong một số tr ng hợp có thể
bằng 3 hoặc 6 Khi Z1 = 4 thì u = 8 20 khi Z1= 2 thì u =16 30, khi Z1 = 1 ta có
πn d
v = (m / s)
6000 (3.12a)
2 2 2
πn d
6000 (3.12b) Trong đó : n1, n2 - Số vòng quay c a trục vít và bánh vít (vg/ph)
d1, d2 - Đ ng kính trục vít và bánh vít (mm)
3.2.3 V n t c tr t
Khi chuyển động, các mặt ren c a truc vít tr ợt lên bề mặt răng c a bánh vít
Vận tốc tr ợt vs h ớng theo đ ng tiếp tuyến c a đ ng xoắn ốc mặt ren trục vít (hình 3.2) Vì v1 và v2 vuông góc với nhau cho nên giá trị c a vận tốc tr ợt vs có
thể xác định theo công th c sau:
Trang 32Hình 3.2 Phương chiều vận tốc trượt v s [1]
Khi thiết kế ta có thể chọn giá trị sơ bộ vs theo công th c thực nghiệm:
Trang 33Fa (hình 3.3) Lực vòng Ft1 trên trục vít bằng và ng ợc chiều với lực dọc trục Fa2trên bánh vít, còn lực dọc trục Fa1 trên trục vít bằng và ng ợc chiều với lực vòng Ft2trên bánh vít Ta có các hệ th c xác định trị số các lực thành phần
1
1 2
Trang 343.3 Trình t ự tính toán b truy n tr c vít ậ bánh vít
- Trình tự tính toán thiết kế bộ truyền trục vít đ ợc trình bày d ới đây:
Hình 3.4 Thông s ố đầu vào trục vít -bánh vít
không đổi thay đổi theo chu
kì thay đổi liên tục
3.3.2 Các b ớc tính toán
- B ớc 1: Xác đ nh tỷ s truy n
1 2
Trang 35Trong đó: n1 - Số vòng quay c a trục vít (vg/ph)
T2 - Momen xoắn trên trục bánh vít (N.mm)
6 2 2
Bánh vít đ ợc cắt bằng dao phay vít Mài rà có tải
Trục vít có thể đ ợc tôi đạt độ rắn HRC 45 sau đó mài và đánh bóng
hoặc trục vít đ ợc tôi cải thiện đạt
độ rắn HB < 350, không mài, bánh vít đ ợc cắt bằng dao phay vít hoặc dao bay Nên chạy rà có tải
tiếng ồn, về kích th ớc nhỏ
gọn và về độ chính xác
Bộ truyền có vận tốc thấp, làm việc từng th i gian ngắn,
bộ truyền quay tay
- Ch ọn v t li u:
Với vsđư tính Dựa vào bảng 3.3 ta chọn vật liệu bánh vít, bảng 3.4 để chọn vật
liệu trục vít và cách chế tạo, ph ơng pháp nhiệt luyện, cấp chính xác
+ Khi Vs = (5 ÷ 25) m/s: dùng đồng thanh thiếc (Nhóm 1)
+ Khi Vs < 5 m/s: dùng đồng thanh không thiếc và đồng thau (Nhóm 2) + Khi Vs < 2 m/s: dùng gang (Nhóm 3)
Trang 36B ng 3.3 B ảng đặc tính vật liệu sử dụng trong chế tạo bánh vít [3] Nhóm V t li u bánh vít Ph ng pháp đúc ch (MPa) b (MPa)
c a bánh vít bằng đồng thanh không thiếc và gang [2]
V t li u [H ], MPa, khi vơn tóc tr t v s, m/s Bánh vít Tr c vít 0,5 1 2 3 4 6 8
Thép tôi cải thiện HRC = 57 ÷ 55 Thép 20 hoặc 20X thấm
C và tôi HRC = 55 - 63 Thép 45 hoặc CT6
Trang 37Hệ số 0,9 dùng cho trục vít có độ c ng 45HRC, hệ số 0,75 dùng cho trục vít có độ c ng 350HB
- b: Giới hạn bền kéo c a vật liệu
- KHL: Hệ số tuổi thọ
7 8 HL
4 2i
Trang 38+ Nếu tính trong điều kiện tải trọng thay đổi liên tục thì tra KHE trong bảng 3.5 Sau đó thay vào công th c (3.24) để tính NHE
B ng 3.5 Hệ số t ơng đ ơng cho các điều kiện tải đặc tr ng c a bánh vít [14]
Đi u ki n đặc tr ng
IV
V
1.0 0.416 0.2 0.121 0.081 0.034
1.0 0.2 0.1 0.04 0.016 0.004
chu kỳ, phụ thuộc vào chiều quay + Khi bộ truyền quay 1 chiều [FO] = 0,25b + 0,08 ch (3.29) + Khi bộ truyền quay 2 chiều [FO] = 0,16ch (3.30)
KFL: hệ số tuổi thọ
6 9 FL
Trang 39NFE : là chu kỳ làm việc t ơng đ ơng
NFE = KFE NK
KFE: hệ số t ơng đ ơng
+ Nếu tính trong điều kiện tải trọng không đổi thì KFE = 1
NFE = NK = 60n2.Lh (3.33) + Nếu tính trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ thì NHE đ ợc tính theo công th c:
n
9 2i
thì lấy NFE = 106 là chu kỳ làm việc t ơng đ ơng
- Nếu NFE> 25.107 thì lấy NFE = 25.107là chu kỳ làm việc t ơng đ ơng
- Khi bộ truyền quay 1 chiều [FO] = 0,12b (3.35)
- Khi bộ truyền quay 2 chiều [FO] = 0,075b (3.36)
- ng su t cho phép ki m tra khi quá t i
Để kiểm tra độ bền tĩnh tránh quá tải, cần xác định ng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải [H]max và ng suất uốn cho phép khi quá tải [F]max
+ Với bánh vít bằng đồng thanh thiếc:
