Thiết kế bộ truyền xích p4 2

Tài liệu giới thiệu về phương pháp thiết kế chi tiết máy có sự trợ giúp của máy tính, cụ thể là giới thiệu tính toán thiết kế nhanh các bộ truyền trong cơ khí.Trong tài liệu này gói gọn ở việc sử dụng phần mềm autodesk inventor để thiết kế bộ truyềnxích

Chương 4 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI, XÍCH 4.2.Thiết kế bộ truyền xích

Thiết kế các bộ truyền động xích với xích ống, xích ống con lăn và cung cấp một thiết kế đầy đủ về các chi tiết đó Chương trình bao gồm hai phương pháp tính toán: tính toán thiết kế và tính toán sức bền Tính toán thiết kế thực hiện một thiết kế xích được căn cứ vào đặc tính bộ truyền do người sử dụng xác định Tính toán sức bền thực hiện kiểm tra sức bền của loại xích được chọn

4.2.1.Khởi tạo chương trình

Khởi động phần mềm bằng cách kích đúp chuột vào biểu tượng của phần mềm trên desktop hoặc vào Start/Program/Autodesk/Autodesk Inventor 2014

4.2.2 Thiết lập file thiết kế

Sau khi khởi động phần mềm, thực hiện lệnh New,lựa chọn file standard.iam

Hình 4.16.Chọn file thiết kế

Chọn tab Design sau đó chọn Roller Chains để tiến hành thiết kế bộ truyền

xích

Hình 4.17.Lựa chọn thiết kế bộ truyền xích

Sau khi chọn mục Roller Chains,tạo và lưu thư mục lắp ghép Hộp thoại Roller Chains Generator sẽ xuất hiện

Hình 4.18.Hộp thoại Roller Chains Generator

Trong hộp thoại Roller Chains Generator có 2 tab: Design và Calculation

4.2.3 Tab Design:

Tab Design để khai báo các thông số về hình học của xích, bánh xích, loại xích

- Chain: chọn loại xích

Hình 4.19 Lựa chọn loại xích trong thư viện xích tiêu chuẩn

Trong thư viện của Inventor có các loại xích tiêu chuẩn để người thiết kế

có thể lựa chọn cho phù hợp với mục đích thiết kế

- Select chain Mid plane:Chọn mặt phẳng đối xứng của xích

Người thiết kế sử dụng chuột để lựa chọn mặt phẳng đối xứng của xích,

có thể chọn mặt phẳng gốc trên cây thư mục hoặc lựa chọn một mặt phẳng cơ sở nào đó có sẵn

- Number of chain links: Số mắt xích

Số mắt xích có thể chọn chỉ số chẵn, hoặc chỉ số lẻ, hoặc tuỳ chọn

Hình 4.22.Chọn số mắt xích

- Sprockets:Thiết kế các thông số bánh xích

Tiến hành thiết kế thông số hình học của bánh xích, hộp thoại Roller sprocket properties sẽ hiện ra:

Thực hiện tương tự với bánh xích thứ 2 của bộ truyền

4.2.4 Tab Calculation

Tab Calculation để khai báo và thực hiện các lệnh tính toán

Hình 4.24 Hộp thoại Calculation

- Working conditions:Lựa chọn điều kiện làm việc

Hình 4.25 Các phương án lựa chọn phương pháp tính toán

Người thiết kế lựa chọn kiểu thông số tải trọng đầu vào và nhập số liệu tính toán Có 3 phương án nhập thông số tải trọng đầu vào:

+ Torque, Speed => Power: Biết mô men xoắn, tốc độ quay tính toán công suất

+ Power, Torque=> Speed: Biết công suất, mô men xoắn => tính toán tốc

độ quay

+Power, Speed => Torque: Biết công suất, tốc độ quay => tính toán mô men xoắn

- Power: Công suất trên trục chủ động

- Speed : Tốc độ quay của trục chủ động

- Torque: Mô men xoắn trên trục chủ động

- Efficiency (η): Hiệu suất bộ truyền Giá trị mặc định là 0,980

- Required service life (Lh ): Yêu cầu tuổi thọ của xích (tính bằng giờ) Sử dụng giá trị mặc định hoặc nhập yêu cầu tuổi thọ của bộ truyền xích trực tiếp vào ô

Ta cũng có thể nhấn vào phần mở rộng để chọn thời gian và máy tương ứng sau

đó nhấn “OK”

Hình 4.26 Chọn tuổi thọ của xích tương ứng với loại xích

- Maximum chain elongation (ΔLmax): Độ dãn tối đa của dải xích

- Application: Điều kiện sử dụng

Hình 4.27 Lựa chọn điều kiện sử dụng

- Environment: Điều kiện môi trường làm việc

Có hai lựa chọn: Sạch sẽ (clean) hoặc bẩn (soiled)

Hình 4.28 Lựa chọn điều kiện môi trường làm việc

- Lubrication: Điều kiện bôi trơn

Hình 4.29 Lựa chọn điều kiện bôi trơn

Lựa chọn một trong các điều kiện bôi trơn sau:

+ Recommended: Đề nghị

+ No lubrication: Không bôi trơn

+ Manual: Sổ tay

+ Drip Feed: Thẩm thấu

+ Disc or Bath: Ngâm trong dầu bôi trơn

+ Forced Feed: Bôi trơn cưỡng bức

- Chain Properties: Tính chất của xích

+ Tensile strength (Fu): Sức căng xích

+ Specific mass: Khối lượng riêng

+ Chain power rating: Tỷ lệ công suất dải xích

+ Chain construction factor: Hệ số cấu trúc dải xích

- Power correction factors: Các yếu tố hiệu chỉnh công suất

+ Shock factor (y): Hệ số va chạm

+ Service factor (f1): Hệ số dịch vụ

+ Sprocket size factor (f2): Hệ số kích thước bánh xích

+ Strands factor (f3): Hệ số tính chất dây xích

+ Lubrication factor (f4): Hệ số bôi trơn

+ Center distance factor (f5): Hệ số khoảng cách tâm bánh xích

+ Ratio factor (f6): Hệ số tỷ số truyền

+ Service life favtor (f7): Hệ số tuổi thọ

- Limit chain bearing area pressure: Giới hạn áp lực bề mặt

+ Permissible pressure (p0): Áp suất chấp nhận được

+ Specifiv friction factor (λ): Hệ số ma sát riêng

- Vibration analysis: Phân tích độ rung

+ Chain stiffness (c): Độ cứng xích

+ Limit of critical speed (Δn): Giới hạn tốc độ tới hạn

Sau khi hoàn thành việc lựa chọn các thông số hình học, thông số tải trọng

và các hệ số, tiến hành tính toán kiểm tra bền bằng nút calculate Nếu phần mềm báo kết quả tính toán:

- Calculation indicates compliance: Tính toán thành công

- Calculation indicates design failure: Tính toán thất bại

Hình 4.30 Kết quả tính toán thiết kế bộ truyền đai trong tab design

- Chain: Thông số xích

+ Pitch (p): Chiều cao

+ Maximum roller diameter (d1): Đường kính con lăn lớn nhất

+ Maximum pin body diameter (d2): Đường kính thân chốt xích lớn nhất + Transerse pitch (Pt): Bề ngang

+ Minimum width between inner plates (bt): Chiều rộng tối thiểu giữa các tấm

+ Maximum inner plate depth (h2): Chiều sâu các tấm tối đa

+ Maximum outer or intermediate plate depth (h3): Độ sâu tấm ngoài hoặc trung gian tối đa

+ Maximum width over bearing pins (b): Chiều rộng tối đa trên chốt chịu lực

+ Maximum inner plate width (t1): Chiều rộng tấm tối đa

+ Maximum outer or intermediate plate width (t2): Chiều rộng tấm ngoài hoặc trung gian tối đa

4.2.6 Kết quả mô hình tính toán

Hình 4.31 Mô hình 3D bộ truyền xích

Chương 5 THIẾT KẾ TRỤC, Ổ BI, THEN 5.1 Thiết kế trục

5.1.1 Khởi tạo chương trình

Khởi động phần mềm bằng cách kích đúp chuột vào biểu tượng của phần mềm trên desktop hoặc vào Start/Program/Autodesk/Autodesk Inventor 2014

5.1.2 Thiết lập file thiết kế

Thực hiện lệnh New, chọn file lắp ghép Standard.iam và vào trang design,

chọn mục Shaft để thiết kế trục

Hình 5.1.Chọn thiết kế trục Design của file lắp ghép iam

Sau khi chọn lệnh Shaft hộp thoại Shaft Component Generator sẽ xuất hiện

Hình 5.2.Thiết lập hình dạng cơ bản của trục

5.1.3 Tab Design – thiết kế trục

Tab Design để khai báo thông số thiết kế hình dáng trục dựa trên cơ sở đường kính được tính toán theo momen xoắn trên trục đó phải chịu, kích thước

về chiều dài theo bề rộng chi tiết lắp trên trục và các kích thước phụ lựa chọn khi thiết kế vỏ hộp giảm tốc Trang Design của hộp thoại Shaft Component Generator để thiết lập hình dáng và kích thước cơ bản của trục

Trong tab Design có sẵn cấu hình của một trục gồm bốn phần, người thiết

kế có thể thêm, bớt số đoạn và thiết kế cấu hình từng đoạn

Trong tab Design mục Sections có 3 lựa chọn:

a Sections -thiết kế cấu hình đoạn trục

Cấu hình một đoạn trục bao gồm: Hình dạng trục, kích thước trục, kết cấu đầu trục, các loại rãnh lắp ghép trên trục

Việc cấu hình một đoạn trục được thực hiện như sau:

Hình 5.3 Lựa chọn hình dáng hình học của đoạn trục

- Đối với dạng trụ trơn, người thiết kế thực hiện nhập hai thông số là đường kính

và chiều dài đoạn trục

Hình 5.4 Nhập thông số kích thước hình học cho đoạn trục trơn

- Đối với đạng trục hình côn, người thiết kế cần nhập đường kính lớn, đường kính nhỏ và chiều dài đoạn trục

Hình 5.5 Nhập thông số kích thước hình học cho đoạn trục côn

- Đối với trục có tiết diện hình đa giác, người thiết kế cần nhập số cạnh của đa giác (N), đường kính đường tròn nội tiếp hoặc ngoại tiếp đa giác, chiều dài đoạn trục

Hình 5.6 Nhập thông số hình học cho đoạn trục tiết diện đa giác

a.2 Thiết kế tạo hình hai đầu mút của đoạn trục

Trong kết cấu của trục, người ta thường vát mép (chamfer) hoặc vê tròn (fillet) đầu trục để giảm bớt sự sắc nhọn của cạnh đầu trục và thuận tiện cho việc lắp ghép giữa trục với lỗ

Để thiết kế dạng đầu trục, ta nhấn chuột vào hình danh mục lựa chọn để chọn dạng đầu trục muốn thiết kế, sau đó nhập các thông số thích hợp

Hình 5.7 Lựa chọn kết cấu dạng đầu trục

Các lựa chọn đầu trục:

- No feature: Đầu trục trơn

- Chamfer: Đầu trục vát cạnh

Hình 5.8 Thiết kế thông số dạng đầu trục vát cạnh

Người thiết kế có thể lựa chọn kết cấu đầu trục vát cạnh dạng tam giác cân hoặc lệch Người thiết kế cũng có thể nhập thông số cạnh vát hoặc góc vát

- Fillet: Đầu trục bo góc

Hình 5.9 Thiết kế thông số dạng đầu trục bo góc

Người thiết kế thực hiện việc nhập bán kính bo góc vào hộp thoại

a.3 Thiết kế tạo hình trên thân đoạn trục

Tạo hình trên thân đoạn trục có thể: đoạn trục trơn, trục có rãnh lắp vòng hãm, trục có rãnh then, rãnh chốt, rãnh ngõng trục kiểu A, rãnh ngõng trục kiểu

B, rãnh ngõng trục kiểu D, lỗ xuyên suốt, rãnh khoét ngang thân trục Các lựa chọn được thực hiện bằng cách click vào mũi tên sổ xuống như hình dưới đây:

Hình 5.10 Các lựa chọn tạo hình trên đoạn trục

- Add keyway groove - thêm rãnh then trên đoạn trục:

Sau khi thực hiện lệnh, tiến hành lựa chọn loại then tiêu chuẩn và nhập thông số hình học khác tại trang Keyway

Hình 5.11 Lựa chọn loại then và nhập thông số hình học then

- Add retaining ring - thêm rãnh lắp vòng hãm:

Tương tự như phần thêm rãnh then, ta cần chọn loại vòng hãm tiêu chuẩn, sau đó nhập các thông số hình học theo yêu cầu

- Add wrench –thêm kiểu hình chìa vặn

Hình 5.13 Thiết kế dạng trục kiểu hình chìa vặn

- Add relief – D (SI units) – thêm rãnh vòng thân trục kiểu D (đơn vị SI)

Hình 5.14 Thiết kế rãnh vòng thân kiểu D

- Add through hole – thêm lỗ xuyên suốt thân trục

Hình 5.15 Thiết kế lỗ xuyên suốt thân trục

- Add groove –A – thêm rãnh vòng trục kiểu A

Hình 5.16 Thiết kế rãnh vòng trục kiểu A

- Add groove –B – thêm rãnh vòng trục kiểu B

Hình 5.17 Thiết kế rãnh vòng trục kiểu B

b Thiết kế hình khoét trong lòng trục

Đối với đầu trục, theo yêu cầu dạng lắp ghép ta có thể thiết kế thêm các dạng lỗ khoét đầu trục ở bên trái hoặc bên phải đoạn trục

Hình 5.18 Thiết kế hình khoét trong lòng trục

Có 2 dạng lỗ khoét đầu trục: dạng hình trụ và dạng hình côn

Hình 5.19 Thiết kế hình khoét trong lòng trục dạng hình trụ

Hình 5.20 Thiết kế hình khoét trong lòng trục dạng hình côn

5.1.4 Tab Calculation – tính toán trục

Tab Calculation để khai báo các thông tin về vật liệu, các hệ số và đặt tải trọng tác dụng lên trục để tính toán kiểm tra bền

Nếu ở chế độ này, ta phải nhập giá trị cho các tham số sau:

- Modulus of elasticity: Modul đàn hồi

- Modulus of rigidity: Modul độ cứng

- Density: Khối lượng riêng

+ Select a material:

Hình 5.23 Chọn loại vật liệu có sẵn trong thư viện

Hình 5.24 Thư viện vật liệu của Autodesk Inventor Nếu chọn Select a material thì ta chỉ cần chọn loại vật liệu sẵn có trong thư

viện của Autodesk Inventor Khi ta chọn loại vật liệu nào đó, các tham số tương ứng sẽ hiện ra tại ô nhập dữ liệu (hình 5.24)

b Calculation properties - tính chất tính toán

Hình 5.25 Tính chất tính toán

- Use density: Tính toán có kể đến khối lượng riêng của trục

- Use shear displacement ratio:Hệ số tại chỗ bị cắt

- Number of shaft divisions: Số phần phân chia trên trục để tính toán Đây là số lát tưởng tượng dọc trục để tính toán, số lát càng lớn thì độ chính xác càng cao

- Mode of reduced stress: Chế độ tính toán để giảm ứng suất

c Loads & Supports -tải trọng và gối đỡ

Hình 5.27 Khai báo thông số lực hướng tâm

- Bending Moment: Mô men uốn

Hình 5.30 Khai báo thông số mô men uốn

- Torque: Mô men xoắn

Hình 5.31 Khai báo thông số mô men xoắn

- Continuous load: Tải trọng phân bố đều

Hình 5.32 Khai báo thông số tải trọng phân bố đều

Supports: Gối đỡ

- Free suppor type: Loại gối đỡ di động

Hình 5.33 Khai báo vị trí gối đỡ di động

- Fixed support type: Loại gối đỡ cố định

Hình 5.34 Khai báo vị trí gối đỡ cố định

5.1.5 Kết quả tính toán

Kết quả tính toán trục được Autodesk Inventor hiển thị tại trang Graphs Chúng ta lựa chọn thông số cần hiển thị tại trang Graph Selection, biểu đồ kết quả tính toán tương ứng sẽ hiển thị tại Graph

Các thông số về lực, gối đỡ được thể hiện trên trang Results

Hình 5.35.Kết quả tính toán thiết kế trục

Trong đó:

- Shear Force: Lực cắt

- Bending Moment: Momen uốn

- Deflection Angle: Độ biến dạng góc

- Deflection: Độ biến dạng

- Bending Stress: Ứng suất uốn

- Shear Stress: Ứng suất cắt

- Torsional Stress: Ứng xuất xoắn

- Tension Stress: Ứng suất kéo

- Reduced Stress: Ứng suất quy đổi

- Ideal Diameter: Đường kính tối ưu đề xuất

5.2 Thiết kế ổ bi

5.2.1 Khởi tạo chương trình

Khởi động phần mềm bằng cách kích đúp chuột vào biểu tượng của phần mềm trên desktop hoặc vào Start/Program/Autodesk/Autodesk Inventor 2014

5.2.2 Thiết lập file thiết kế

Thực hiện lệnh New, chọn file lắp ghép Standard.iam và vào trang design, chọn mục Bearing để thiết kế ổ bi

Hình 5.36.Chọn thiết kế ổ bi của file lắp ghép iam

Sau khi chọn lệnh bearing, hộp thoại Bearing Generator sẽ xuất hiện

Hình 5.37.Hộp thoại Bearing Generator

5.2.3 Tab Design – thiết kế ổ bi

Tại trang này ta tiến hành thiết lập các lựa chọn về thông số hình học của

ổ bi Trong đó, ta phải có trục cơ sở để lắp ổ bi

Các lựa chọn:

- Cylindrical Face: Chọn mặt trụ lắp ổ bi

- Start Plane: Bề mặt tựa thứ nhất

- Flip Over: Lật lại mặt tựa thứ nhất

Tiếp theo chúng ta chọn kích thước cơ bản của ổ bi: Đường kính trục (được mặc định theo trục đã thiết kế và làm tròn), đường kính áo ngoài ổ bi, bề rộng ổ bi

Tiếp theo ta đưa chuột tới biểu tượng update để máy tính tìm những loại ổ

bi tiêu chuẩn có kích thước nằm trong khoảng kích thước ta đã chọn

a Tye of Strength Calculation – Chọn phương pháp tính toán

Hình 5.40 Chọn phương pháp tính toán

- Check calculation: Kiểm tra bền

- Bearing Design: Thiết kế ổ bi

b Loads – tải trọng

Hình 5.41 Nhập tải trọng

- Radial Load: Lực hướng tâm

- Axial Load: Lực hướng trục

- Speed: Tốc độ

- Required Stafety Factor: Hệ số an toàn

c Lubrication – Chọn chế độ bôi trơn

Hình 5.42 Chọn chế độ bôi trơn

- Friction Factor: Hệ số ma sát

- Lubrication Type: Chế độ bôi trơn

d Bearing Properties – Các thuộc tính của ổ bi

Hình 5.43 Chọn chế độ bôi trơn

- Nominal Contace Angle: Góc tiếp xúc cơ bản

- Basic Dynamic Load Rating: Khả năng tải động

- Basic Static Load Rating: Khả năng tải tĩnh

- Dynamic Radial Load Factor: Hệ số tải trọng hướng tâm

- Dynamic Axial Load Factor: Hệ số tải trọng dọc trục

- Limit value Fa/Fr: Giá trị giới hạn Fa/Fr

- Static Radial Load Factor: Hệ số tải trọng tĩnh hướng tâm

- Static Axial Load Factor: Hệ số tải trọng tĩnh hướng trục

- Exponent for determining life: Hệ số mũ xác định tuổi thọ ổ bi

- Lim.Speed Lubrication Grease: Trị số vận tốc quy ước khi bôi trơn bằng mỡ

- Lim.Speed Lubrication oil: Trị số vận tốc quy ước khi bôi trơn bằng dầu

e Bearing Life Calculation – Tính toán tuổi thọ vòng bi