Giáo trình thiết kế có sự trợ giúp của máy tính phần 2 TS trần văn tùng

Lựa chọn loại đai trong thư viện đai tiêu chuẩn Trong thư viện của Inventor có các loại đai tiêu chuẩn để người thiết kế có thể lựa chọn cho phù hợp với mục đích thiết kế.. Nếu người th

Chương4

THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐAI, XÍCH

4.1 Thiết kế bộ truyền đai thang

4.1.1 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

4.1.2 Thiết lập file thiết kế

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

Hình 4.1 Chọn file thiết kế

Chọn tab Design sau đó chọn V-Belts để tiến hành thiết kế bộ truyền đai thang

Hình 4.2 Lựa chọn thiết kế đai thang

Sau khi chọn mục V-Belts, tạo và lưu thư mục lắp ghép Hộp thoại V-Belts Component Generator sẽ xuất hiện

Hình 4.3 Hộp thoại V-Belts Component Generator

Trong hộp thoại V-Belts Component Generator có hai tab: Design và Calculation

4.1.3 Tab Design

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

- Belt: Chọn loại đai

Hình 4.4 Lựa chọn loại đai trong thư viện đai tiêu chuẩn

Trong thư viện của Inventor có các loại đai tiêu chuẩn để người thiết kế có thể lựa chọn cho phù hợp với mục đích thiết kế

- Belt Mid Plane: Chọn mặt phẳng đối xứng của đai

Người thiết kế sử dụng chuột để lựa chọn mặt phẳng đối xứng của đai, có thể chọn mặt phẳng gốc trên cây thư mục hoặc lựa chọn một mặt phẳng cơ sở nào đó có sẵn

Hình 4.5 Chọn mặt phẳng đối xứng của đai

Trong trường hợp muốn dịch chuyển mặt phẳng đối xứng của đai, người thiết kế nhập giá trị dịch chuyển vào mục Mid Plane Offset

- Number of Belts: Lựa chọn số đai

- Datum Length: Chiều dài đai - Chọn theo tiêu chuẩn

Hình 4.6 Chọn chiều dài đai

- Pulleys: Thiết kế các thông số bánh đai

Tiến hành thiết kế thông số hình học của bánh đai, hộp thoại Groove pulley properties

sẽ hiện ra:

Hình 4.7 Thiết kế các thông số bánh đai

Có hai lựa chọn: kích thước mặc định hoặc kích thước tuỳ chỉnh Nếu người thiết kế không lựa chọn mục Custom size thì các kích thước của bánh đai sẽ lấy giá trị mặc định Nếu người thiết kế lựa chọn mục Custom size thì có thể thay đổi các thông số hình học tuỳ chỉnh

Trong một số trường hợp bánh đai truyền cho hơn một bộ truyền, ta có thể lựa chọn

số rãnh đai nhiều hơn số đai của bộ truyền đang thiết kế Để thay đổi số rãnh đai của bánh đai, người thiết kế lựa chọn mục Custom Number of Grooves và nhập số rãnh đai vào mục Number of Grooves

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

4.1.4 Tab Calculation

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

- Type of calculation: Lựa chọn phương pháp tính toán

Hình 4.8 Các phương án lựa chọn phương pháp tính toán

Có hai phương pháp tính toán:

+ Strength Check: Từ thông số đầu vào tiến hành chọn số đai, chọn loại đai và các thông số hình học khác sau đó tiến hành kiểm tra bền đối với đai và các chi tiết khác; + Design Number of Belts: Từ thông số đầu vào tiến hành chọn loại đai và các thông

số hình học khác sau đó tiến hành tính toán chọn số đai để đảm bảo an toàn khi làm việc

- Load: Tải trọng

Hình 4.9 Các phương án tính toán tải trọng bộ truyền

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 mômen xoắn, tốc độ quay tính toán công suất; + Power, Torque → Speed: Biết công suất, mômen xoắn → tính toán tốc độ quay; + Power, Speed → Torque: Biết công suất, tốc độ quay → tính toán mômen xoắn

- Power: Công suất trên trục chủ động

- Speed: Tốc độ quay của trục chủ động

- Torque: Mômen xoắn trên trục chủ động

- Service Factor: Hệ số làm việc

- Factors: Các hệ số

Người thiết kế có thể lựa chọn hệ số mặc định hoặc hệ số tuỳ chỉnh Trong trường

hợp người thiết kế lựa chọn hệ số tuỳ chỉnh (lựa chọn mục Custom) thì sẽ điền giá trị các

hệ số vào các ô tương ứng:

+ Arc of Contract Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh cung tiếp xúc;

+ Number of Belts Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh số lượng đai;

+ Number of Pulleys Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh số lượng bánh đai

- Belt Properties: Tính chất đai

+ Base Power Rating: Tỷ lệ công suất cơ sở

+ Length Correction Factor: Hệ số dịch chỉnh của độ dài dây đai

- Belt Tensioning: Lực căng đai

+ Tension Factor: Hệ số căng đai

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

4.1.5 Kết quả

Kết quả tính toán thiết kế bộ truyền được hiển thị ở hai dạng: Mô hình và số liệu tính toán

Kết quả mô hình bộ truyền được lưu trữ dạng file chi tiết và hệ lắp ghép trong ổ cứng máy tính theo đường dẫn đã được người thiết kế lựa chọn Ngoài ra số liệu hình học cũng được hiển thị tại tab Design như sau:

Hình 4.10 Kết quả tính toán thiết kế bộ truyền đai trong tab design

- V-Belts: Thông số đai

+ Width (b): Bề rộng đai

+ Height (h): Chiều cao đai

+ Minimum Recommended Pulley Datum Diameter (Dwin): Đường kính tối thiểu của bánh đai

- Pulley 1: Bánh đai số 1 (bánh đai chủ động)

+ Width Pulley (B): Bề rộng bánh đai chủ động

+ Arc of Contact (β): Cung tiếp xúc

+ x Coordinate (x): Tọa độ tâm bánh đai chủ động theo phương Ox

+ y Coordinate (y): Tọa độ tâm bánh đai chủ động theo phương Oy

Một số thông số hình học khác cũng được thể hiện trên hình vẽ:

Hình 4.11 Kết quả tính toán bánh đai số 1

- Pulley 2: Bánh đai số 2 (bánh đai bị động)

+ Width Pulley (B): Bề rộng bánh đai bị động

+ Arc of contact (β): Cung tiếp xúc

+ x Coordinate (x): Tọa độ tâm bánh đai bị động theo phương Ox

+ y Coordinate (y): Tọa độ tâm bánh đai bị động theo phương Oy

Một số thông số hình học khác cũng được thể hiện trên hình vẽ:

Hình 4.12 Kết quả tính toán bánh đai số 2

Kết quả tính toán về lực và tải trọng được hiển thị trên hộp thoại sau:

Hình 4.13 Kết quả tính toán về lực và tải trọng

- Results: Kết quả chung

+ Number of Belt (z): Số đai

+ Belt Speed (v): Vận tốc đai

+ Efficiency (η): Hiệu suất bộ truyền

+ Belt Slip (s): Hệ số trượt đai

- V-Belt: Dây đai

đai tối thiểu

+ Specific mass (m): Khối lượng riêng

- Pulley 1: Bánh đai số 1

+ Power (P): Công suất

+ Torque (T): Mômen

+ Speed (n): Tốc độ quay

+ Arc of contact (β): Cung tiếp xúc

- Pulley 2: Bánh đai số 2

+ Power (P): Công suất

+ Torque (T): Mômen

+ Speed (n): Tốc độ quay

+ Transmisstion Ratio (i): Tỷ số truyền

+ Arc of Contact (β): Cung tiếp xúc

- Kết quả mô hình tính toán

Hình 4.14 Mô hình 3D bộ truyền đai thang

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 4.15 Chọn file thiết kế

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

Hình 4.16 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 4.17 Hộp thoại Roller Chains Generator

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

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 4.21.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:

Hình 4.22 Thiết kế các thông số bánh xích

Có hai lựa chọn: kích thước mặc định hoặc kích thước tuỳ chỉnh Nếu người thiết kế không lựa chọn mục Custom size thì các kích thước của bánh đai sẽ lấy giá trị mặc định Nếu người thiết kế lựa chọn mục Custom size thì có thể thay đổi các thông số hình học tùy chỉnh Trong một số trường hợp bánh xích truyền cho hơn một bộ truyền, ta có thể lựa chọn

số bánh xích nhiều hơn số dãy xích của bộ truyền đang thiết kế Để thay đổi số bánh xích, người thiết kế lựa chọn mục Custom Number of Strands và nhập số bánh xích vào mục Number of Strands

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 4.23 Hộp thoại Calculation

- Working Conditions: Lựa chọn điều kiện làm việc

Hình 4.24 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 mômen xoắn, tốc độ quay tính toán công suất; + Power, Torque → Speed: Biết công suất, mômen xoắn → tính toán tốc độ quay; + Power, Speed → Torque: Biết công suất, tốc độ quay → tính toán mômen xoắn

- Power: Công suất trên trục chủ động

- Speed: Tốc độ quay của trục chủ động

- Torque: Mômen xoắn trên trục chủ động

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

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 4.25 Chọn tuổi thọ của xích tương ứng với loại xích

- Application: Điều kiện sử dụng

Hình 4.26 Lựa chọn điều kiện sử dụng

- Environment: Điều kiện môi trường làm việc

Có hai lựa chọn: Sạch sẽ (Clean) hoặc bẩn (Soiled)

Hình 4.27 Lựa chọn điều kiện môi trường làm việc

- Lubrication: Điều kiện bôi trơn

Hình 4.28 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

+ 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

- Limit Chain Bearing Area Pressure: Giới hạn áp lực bề mặt

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

- Vibration Analysis: Phân tích độ rung

+ Chain Stiffness (c): Độ cứng xích

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

- Chain: Thông số xích

+ Pitch (p): Chiều cao

+ Maximum Pin Body Diameter (d2): Đường kính thân chốt xích lớn nhất

gian tối đa

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

gian tối đa

4.2.6 Kết quả mô hình tính toán

Hình 4.30 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 mômen 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 ba 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

a.1 Hình dạng và kích thước trục

Hình dạng của trục bao gồm: dạng tiết diện trục hình trụ trơn (Cylinder), hình côn (Cone) hoặc tiết diện hình đa giác đều (Polygon)

Autodesk Inventor cho phép thêm một đoạn trục vào bên phải đoạn trục được chọn trước đó, tách một đoạn trục thành hai đoạn khác nhau, cấu hình lại kết cấu một đoạn trục

Cụ thể:

Insert Cylinder: Chèn đoạn trục hình trụ vào phía bên phải đoạn trục được chọn trước đó;

Split Selected Section: Tách đoạn trục được chọn thành hai đoạn khác nhau;

Insert Cone: Chèn đoạn trục hình côn vào phía bên phải đoạn trục được chọn trước đó;

Insert Polygon: Chèn đoạn trục có tiết diện đa giác đều vào phía bên phải đoạn trục được chọn

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