Nghiên cứu gia công biên dạng răng của bơm bánh răng bằng công nghệ CAD CAM CNC

Ngày nay, các loại bơm thủy lực nói chung và bơm bánh răng nói riêng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất như: + Trong công nghiệp bơm được sử dụng để vận chuyển các sản p

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHÙNG VĂN TĨNH

NGHIÊN CỨU GIA CÔNG BIÊN DẠNG RẰNG

CUA BOM BANH RANG BANG CONG NGHE

CAD/CAM/CNC

Chuyén nganh: Cong nghé Ché tao may

Ma so: 60.52.04

TOM TAT LUAN VAN THAC Si KY THUAT

Da Nang - Nam 2011

DAI HOC DA NANG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Xuân Tùy

Phản biện 1: TS Lê Cung

Phản biện 2: PGS.TS Tăng Huy

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày

28 thang 8 nam 2011

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu - Đại học Đà Nẵng

- Trung tâm Học liệu - Đại học Đà Nẵng

3

MỞ ĐẦU

1 TINH CAP THIET CUA DE TAI

Đắt nước ta đang trên đà hội nhập và phát triển cùng nền kinh tế

thế giới Trong đó, hòa nhập về khoa học kỹ thuật như: kỹ thuật tin

học, kỹ thuật điều khiến tự động, các lĩnh vực công nghệ cao, V.V

Trong ngành cơ khí chế tạo máy, chúng ta đã và đang có nhiều thiết

bị hiện đại như máy cắt dây CNC, máy tiện CNC, máy phay CNC,

.v.v Để khai thác được các tính năng ưu việt của các thiết bị hiện

đại này đòi hỏi chúng ta phải đầu tư vào nhiều lĩnh vực, trong đó lĩnh

vực tự động hóa thiết kế và sản xuất bằng việc áp dụng công nghệ

CAD/ CAM/ CNC vào sản xuất cơ khí hiện nay là cần thiết

Ngày nay, các loại bơm thủy lực nói chung và bơm bánh răng nói

riêng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất như:

+ Trong công nghiệp bơm được sử dụng để vận chuyển các sản

phẩm của khai thác dầu mỏ, hóa chất, các nguyên vật liệu

+ Trong ngành chế tạo, máy bơm cũng là một trong những bộ

phận chủ yếu của hệ thống điều khiến và truyền động Bơm bánh

răng còn được dùng trong các máy thủy lực như: máy ép, máy nâng,

máy đào Qua đó, ta thấy được tầm quan trọng của bơm bánh

răng trong sản xuất và trong cuộc sống

Sản xuất các loại bơm này theo phương pháp truyền thống cần

có thiết bị chuyên dùng phức tạp và khá đắt tiền Đồng thời đầu tư

thiết bị chuyên dùng này nếu sử dụng không hết công suất sẽ gây

lãng phí lớn Vì vậy, việc tiễn hành nghiên cứu công nghệ gia

công bộ truyền bánh răng bơm thủy lực trên các máy CNC nhằm

phát huy tối đa khả năng công nghệ của máy để đạt được độ chính

xác và năng suất yêu cầu cũng là một vấn đề cần được nghiên cứu

Ở Việt Nam, các loại bơm thủy lực chủ yếu nhập từ nước

4 ngoài Do đó, việc nghiên cứu công nghệ chế tạo chính xác biên dạng bộ truyền bơm thủy lực dùng để sản xuất và thay thế trong nước là cần thiết Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu gia công biên dạng răng của bơm bánh răng bằng công nghệ CAD/ CAM/ CNC' là phù hợp với hướng phát triển chung của ngành cơ khí

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài nhằm nghiên cứu tính toán thiết kế và công nghệ gia công

bộ truyền bánh răng của bơm thủy lực bằng phần mềm CAD/CAM/CNG, góp phần phát triển chế tạo phụ tùng thay thế của

thực tiễn sản xuất cũng như đào tạo cán bộ kỹ thuật

3 ĐÓI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Máy phay, máy tiện CNC

- Phần mém CAD/ CAM/ CNC

- Bộ truyền bánh răng bơm thủy luc

- Hoàn thiện bơm bánh răng

3.2 Phạm vỉ nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng, thiết lập phương trình biên dạng răng thân khai cho bánh răng của bơm thủy lực

- Nghiên cứu thiết kế, tính toán phân tích thiết kế bánh răng

- Ung dung phan mém Pro/Engineer Wildfire 5 dé thiét ké va

phân tích thiết kế

- Ứng dụng công nghệ CAD/CAM để lập trình mô phỏng gia công

bộ truyền của bơm bánh răng

- Nghiên cứu công nghệ gia công bộ truyền bánh răng bơm thủy lực trên các máy CNC

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu được thực hiện dựa trên việc kết hợp lý thuyết

và thực nghiệm Từ đó, thiết kế và chế tạo thử nghiệm để kiểm chứng

5 Y NGHIA KHOA HOC VA THUC TIEN CUA DE TAI

- Y nghia khoa hoc:

Đề tài góp phần xây dựng phương pháp, trình tự tính toán thiết kế

và công nghệ gia công bánh răng, tạo ra bơm thủy lực được sử dụng

trong công nghiệp và phục vụ cho công tác đào tạo

- Ý nghĩa thực tiễn:

Trên cơ sở thiết kế, phân tích thiết kế, tiến hành lập trình gia công

bộ truyền bánh răng trên máy CNC nhằm khai thác khả năng công

nghệ CAD/CAM/CNG Đồng thời, kết hợp với đề tài khác lắp ráp

đưa loại bơm bánh răng vào ứng dụng thực tiễn, điều này thực sự làm

cho lĩnh vực cơ khí có những đóng góp to lớn và thiết thực hơn cho

sự phát triển của nền sản xuất trong nước

6 CÁU TRÚC LUẬN VĂN

Bản luận văn gồm: Phần mở đầu, kết luận và 4 chương mục

Chương 1: Giới thiệu chung về bơm thủy lực

Chương 2: Tổng hợp lý thuyết để tính toán bơm bánh răng thủy lực

Chương 3: Thiết kế bộ truyền bánh răng của bơm bằng công nghệ

CAD/CAM

Chương 4: Chế tạo bộ truyền bánh răng của bơm

CHUONG 1: GIOI THIEU CHUNG VE BOM THUY LUC

1.1 SƠ LƯỢC VE LICH SU PHAT TRIEN VA SU DUNG BOM

THUY LUC

Vào thế kỷ một, hai trước công nguyên, người Hy Lạp đã sáng

chế ra piston băng gỗ Tới thế ky 15, nhà bác học người Ý là

D.Franxi đã đưa ra những khái niệm về bơm li tâm Sang thé ky 16

xuất hiện loại máy bơm rô to mới Cho đến thế kỷ 17, một nhà vật lý

người Pháp áp dụng những nghiên cứu của D.Franxi chế tạo được

một máy bơm li tâm đầu tiên Tuy nhiên do chưa có những động co

có vòng quay lớn kéo máy bơm, nên năng lực bơm nhỏ, do vậy loại

bom li tam vẫn chưa được phát triển

Đầu thế kỷ 20, các động cơ có số vòng quay nhanh ra đời thì máy bơm li tâm càng được phổ biến rộng rãi và có hiệu suất cao, năng lực bơm lớn

1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VÈ CÁC LOẠI BƠM THỦY LỰC

1.2.1 Bom pitténg 1.2.1.1 Bom pitténg hwong tam 1.2.1.2 Bom pitténg hwong truc 1.2.2 Bom canh gat

1.2.2.1 Bơm cánh gạt đơn 1.2.2.2 Bom cánh gạt kép 1.2.2.3 Kết cầu và nguyên lý hoạt động bơm cánh gạt 1.2.2.4 Lưu lượng của bơm cánh gạt

1.2.3 Bom trục vít 1.2.4 Bom bánh răng

1.3 NHIỆM VỤ CỦA NGƯỜI NGHIÊN CỨU

Ứng dụng máy tính trong lĩnh vực cơ khí gồm 3 giai đoạn chính: Thiết kế, tính toán mô phỏng và điều khiến gia công

Thuật ngữ CAD/ CAM/ CNC chỉ việc thiết kế, phân tích hay tối

ưu hóa một thiết kế và chế tạo được sự hỗ trợ của máy tính Công

nghệ này đã và đang được phát triển theo hướng tích hợp thiết kế với sản xuất

Mục đích của ứng dụng CAD/CAM/CNGC là hệ thống hóa dòng

thông tin từ khi bắt đầu thiết kế sản phẩm tới khi hoàn thành quá

trình sản xuât

1.4 NHẬN XÉT VÀ KÉT LUẬN

Trong lịch sử, các nhà khoa đã phát minh ra các loại bơm thủy lực

từ rất lâu Tuy nhiên, các loại bơm này vẫn chưa được sản xuất để sử

dụng rộng rãi trong cuộc sống, vì các ngành công nghiệp lúc bấy giờ

chưa phát triển Vào những năm đầu của thế kỷ 20, động cơ có số

vòng quay cao dùng để kéo bơm mới được chế tạo ra Ngày nay, có

rất nhiều chủng loại bơm thủy lực ra đời và phát triển mạnh trên thế

giới Còn ở Việt Nam, các loại bơm thủy lực chủ yếu nhập từ nước

ngoài hoặc có trong thiết bị nhập ngoại Vì vậy, người thiết kế đã đề

ra nhiệm vụ nghiên cứu và chế tạo bơm bánh răng thủy lực bằng

cong nghé CAD/CAM/CNC

CHUONG 2: TONG HOP LY THUYET DE TINH TOAN

BOM BANH RANG THUY LUC

2.1 CO SO LY THUYET DE TINH TOAN, THIET KE BOM

BANH RANG

2.1.1 Các đường đặc tính suất của bơm bánh răng

Đường đặc tính của bơm là một loại thông số rất quan trọng diễn

môi quan hệ giữa lưu lượng Q và áp suât p

Q (t/phúp)

()

(2)

(3)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150x1

9

8

7

6

5

4

3

2

0

Hình 2.2 Đường đặc tính về quan hệ giữa áp suất p và lưu lượng Q

Đường (1) là đường song song với trục hoành là đường lưu lượng

lý thuyết, nó không phụ thuộc vào áp suất làm việc

Đường (2) là đường hơi cong xuống thể hiện sự tôn thất thể tích khi áp suất tăng lên

Đường (3) là đường cong thé hiện sự giảm mạnh lưu lượng khi tăng áp suất, trong trường hợp này thường là có khe hở quá lớn và chất lỏng ít có độ nhớt

2.1.2 Tôn thất và hiệu suất của bánh răng 2.1.2.1 Tôn thất và hiệu suất cơ khí 2.1.2.2 Ton thất và hiệu suất lưu lượng Tổn thất lưu lượng trong bơm bánh răng bao gồm:

- Tổn thất rò rỉ giữa mặt đầu của bánh răng và thành trong của gối

đỡ Tổn thất lưu lượng ở phần này rất quan trọng, chiếm khoảng

(75% + 80%) tốn thất lưu lượng toàn bộ

- Tén thất do rò dầu qua cặp biên dạng răng khi vào ăn khớp, tổn thất này rất có nhiều nguyên nhân: độ chính xác gia công bề mặt biên dạng răng, độ chính xác khoảng cách trục lắp ghép và độ chính xác của các chi tiét lap ghép,

- Tén that do dòng chảy ngược, tức là chất lỏng chảy trong khe giữa vòng đỉnh bánh răng và thành trong vỏ bơm

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYÉT THỦY LỰC BOM BANH RANG

2.2.1 Các thông số làm việc cơ bản của bơm thể tích 2.2.1.1 Lưu lượng

Trong đó: q¡- là lưu lượng riêng của bơm

n- số vòng quay của trục máy

Q¿- là lưu lượng trung bình lý thuyết 2.2.1.2 Áp suất

Cột áp H và áp suât p liên hệ với nhau băng công thức cơ bản của

⁄

y: trọng lượng riêng của chất lỏng làm việc

2.2.1.3 Hiệu suất và công suất

Hiệu suất toàn phần của máy thủy lực xác định theo công thức chung:

N= NoMa (2.13)

Đối với bơm thể tích, tổn thất thủy lực tương đối nhỏ (vì động

năng nhỏ) nên thường cho Tịu = |

Hiệu suất của bơm bánh răng TỊ nó phụ thuộc vào hiệu suất cơ khí

77 va hiệu suất lưu lượng 77¿ của bơm Hiệu suất cơ khí phụ thuộc

vào chất lượng chế tạo và kết cấu của bơm, thông thường

Tịc=0.8+0,95 Hiệu suất lưu lượng thông thường được chọn từ

No=07+0,9

Công suât làm việc của bơm thường được xác định băng các

thông số thủy lực và thay công thức (2.6) vào ta được:

7] 7]

2.2.2 Tính lưu lượng lý thuyết của bơm

Để tính lưu lượng lý thuyết của bơm bánh răng ta căn cứ vào vào

thé tích rãnh răng khi bộ truyền ăn khớp với nhau Gọi số răng của

hai bánh răng bằng nhau và băng Z răng, thể tích của một rãnh răng

băng thể tích của một răng Khi đó, gọi thể tích của một răng là a, ta

có công thức gần đúng để tính a là:

= => hb= — 2mb = 2m b (2.19)

Khi cặp bánh răng quay được một vòng thì thể tích của chất lỏng

chuyền từ buồng hút sang buồng đầy là 2.Z.a (số 2 vì hai bánh răng

có cùng Z) Vì vậy, lưu lượng lý thuyết của bơm khi quay với số

vòng quay nlà: Ợ„ =2.Z.a.n = 2.Z.z.m”.b.n (2.20)

2.2.3 Tính lưu lượng thực tế của bơm

Thực tế khi bơm hoạt động thì luôn có sự tốn thất lưu lượng do

chất lỏng bị rò rỉ qua các khe hở và tổn thất về thể tích Do vậy, ta có

lưu lượng thực tế của bơm là: @= Ợ„ ?= 2.z.m/.Z.b.n.? — (2.21) 2.2.4 Tính mômen quay tức thời, lưu lượng tức thòi và cách khắc

phục 2.2.4.1 Tinh mémen quay tic thoi

Từ tính toán, ta có công thức tính mômen là:

Từ công thức tính mômen (2.32) các giá trị của r,, m, b

không đổi, khi khoảng cách l

lớn nhất l = l„„, thì mômen đạt giá trị nhỏ nhat Main Va

khi khoảng cách | = 0 thì mômen đạt giá trị lớn nhất

liên hệ như sau: bánh răng

Min = Ap.b.(2r,m+m? —1-,.) (2.33)

Từ hình 2.4, nếu ta gọi 1 là khoảng cách từ điểm ăn khớp A đến tâm

ăn khớp P Vậy chiều dài lớn nhất của đường ăn khớp được xác định:

7f.1n.COS &

Lax = >

2.2.4.2 Tính lưu lượng tức thời

Sự dao động của mômen không những ảnh hưởng đên sức bên và

(2.35)

điêu kiện làm việc của bơm mà còn ảnh hưởng đên công suât, áp suât

11

va lưu lượng của bơm Vì vậy, sự dao động mômen quay sẽ gây nên

hiện tượng dao động lưu lượng và áp suất của bơm

Từ công thức (2.10) tính mômen Xí = “áp thay vào công thức

(2.32) trên, ta có công thức tính lưu lượng tức thời của bơm bánh

răng:

Từ công thức tính lưu lượng ta thấy răng lưu lượng tức thời của bơm

cũng phụ thuộc vào khoảng cách | Khi I=0 thì bơm có lưu lượng lớn

nhat QF" , con khi I=l,„„ thì bơm có lưu lượng nhỏ nhất @”"" :

2.2.4.3 Cách khắc phục hiện tượng dao động lưu lượng

2.3 ÁP DỤNG CƠ SỞ LÝ THUYÉT VÀO TÍNH TOÁN BỘ

TRUYEN BOM BANH RANG

2.3.1 Các thông số yêu cầu của bơm

2

l max

Ap suat can thiét ké 1a: p =150 bar ~ 15.10° (N/m’) = 15.10° Pa

2.3.2 Tính chọn động cơ điện

2.3.2.1 Công suất thủy lực của bơm

Công suất thủy lực của bơm được tính theo công thức (2.9): W„ = p.Q

Trong đó:

p: là áp suất làm việc của bơm Q: là lưu lượng tính của bơm

Như vậy công suất thủy lực của bơm là:

N, =15.10° > —

1000.60 2.3.2.2 Công suất trén truc N, cia bom

=2075(W) = =2,075(Kw)

Do có tốn thất nên công suất trên trục bơm được tính theo công thức:

12

7) Trong đó 77 là hiệu suất của bơm bánh răng, nó phụ thuộc vào

hiệu suất cơ khí 7? và hiệu suất lưu lượng No của bơm Như vậy

hiệu suất của bơm bánh răng theo công thức (2.14) là: 7 =7ÿ, No

=> 7 =0,95.0,85 = 0,8075 Vậy công suất trên trục của bơm là:

N, _ 2,075

mm 08075

2.3.2.3 Chọn động cơ điện Công suất của động cơ kéo bơm được tính theo công thức:

Trong đó: k là hệ số an toàn, thường lấy k = 1,15

~2,57(Kw)

Vậy công suât của động cơ cân chọn là;

2,07 N,, =115 202

0.8075

= 2,96 (kW)

2.3.3 Tính các kích thước cơ bản của bánh răng 2.3.3.1 Xác định môäun dạng răng và các thông số cơ bản

Ta tính chọn môđun dạng răng thông qua lưu lượng thực tế của bơm Ta biết rằng khi vào khớp thể tích rãnh răng của bánh răng này

bị bề rộng của răng kia chiếm chỗ và dồn chất lỏng vào buồng đây

Từ công thức lưu lượng thực tế của bơm (2.21) là:

2.Z.b.Z.n.) Z=10 răng: là số răng của bánh răng chủ động, ta chọn sơ bộ b: bề rộng bánh răng, lẫy sơ bộ là b = 25 (mm) = 0,025 (m) Theo công thức (2.5) lưu lượng phụ thuộc vào thể tích riêng của bơm và số vòng quay trên trục bơm Để đảm bảo lưu lượng theo yêu

cầu cần thiết kế (Q=§,3lít/phút) thì bơm được nối với động cơ thông

qua trục trung gian sao cho: n=622vòng/phút

0,0001383 2.3,14.0,025.10 = 0,8075

<= m= 0,00324 (m) = 3,24 (mm), chon médun m = 3,25 (mm)

2.3.3.2 Các thông số cơ bản của bánh răng

2.3.3.3 Kiểm nghiệm các thông số cơ bản của bánh răng

Anh hưởng của số răng đên hình dạng và độ bên răng

Đề không xảy ra hiện tượng cắt chân răng thì: Z nin = (2.42)

sin” @

Khi & = 20° thi Zin = 17 răng Do đó hiện tượng cắt chân răng sẽ

không xảy ra khi số răng được chọn Z.> Z2

Do đó khi ta chọn Z.= 10 răng nhằm làm giảm kích bộ truyền bơm

thủy lực Hơn nữa, tăng góc ăn khớp œ làm tăng chiều dày đáy răng

và do đó làm tăng độ bền răng Đồng thời, để đảm bảo không có hiện

tượng cắt chân răng theo công thức (2.42) ta tăng góc áp lực cho bộ

truyền bơm

Thật vậy, khi chọn: œ=29°— Z nữn T2 Z 0răng thỏa mãn Z>Z„¡n

S1

Xác định lưu lượng:

Áp dụng công thức (2.20) tính lưu lượng lý thuyết của bơm là:

Q, = 2z mˆ.Z.b.n

22

© Q, =2.3,14.3,25.10° }.1025.10 5 ~0,0001719 (m°/s}

Thay các giá trị Q„ rỊ vào công thức (2.21) ta có lưu lượng thực tế

đối với bơm thiết kế là: „ = Q7?

© Q, = 0,0001719 x 0,8075 = 0,000139 (m*/s) = 8,33 (lit/phuit)

Như vậy ta thấy rằng lưu lượng mà bơm thiết kế lớn hơn không nhiều so với yêu cầu (8,3 (Ií/phút), nghĩa là:

[Qn — Q = 8.33 — 8,3 = 0,03 (íUphút)] Nên kết quả thiết kế được

chọn phù hợp với bộ truyền, có các thông số như sau: Z=10 răng, mô đun m=3,25 mm, góc áp lực œ=29”, bề dày bánh răng b=25mm

2.4 XAY DUNG BIEN DANG RANG CUA BANH RANG

2.4.1 Cac loại biên dạng răng thường dùng trên bánh răng Ngoài dạng ăn khớp thông dụng là thân khai thì một số loại ăn khớp sau đây cũng được sử dụng cho bánh răng:

Ăn khớp Novikov, ăn khớp Cycloid, ăn khớp chốt, hình dạng mặt trụ

tạo thành bánh răng,

2.4.2 Biên dạng răng thân khai 2.4.2.1 Một và khái miện về biên dạng răng thân khai 2.4.2.2 Phương trình biên dạng răng thân khai

Dùng phương trình tham số trong

Vong tron co so hệ tọa độ cực (hình 2.12), chọn hệ

Ox =OM „ - Do đó, phương trình đường thân khai:

l,

0 =tga, —a, =inv(a@,)

Hình 2.12 Cấu tạo đườngthân Vi inv(@,)=@, —tg@, gọi là

khai hàm thân khai (nvolute function) 2.4.2.3 Điều kiện ăn khóp đúng và ăn khóp trùng của cặp bánh răng

15

2.5 BAN VE CHE TAO CUA BO TRUYEN BANH RANG

Z = 10 (ang)

Hinh 2.14 Ban vé chi tiét của bánh răng chủ động

Z = 10 (rang)

-0,032

55

Hình 2.15 Bản vẽ chi tiết của bánh răng bị động

2.6 CO SO LY THUYET PHAN TICH THIET KE BANH

RANG

2.6.1 Xác định vận tốc vòng và cấp chính xác để thiết kế bánh

răng

2.6.2 Chọn vật liệu chế tạo và phương pháp nhiệt luyện

2.6.3 Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng

2.6.4 Tính răng theo độ bền tiếp xúc

2.6.4.1 Ủng suất tiếp xúc tính

Theo điêu kiện về độ bên tiệp xúc thì ứng suât tiêệp xúc lớn nhât

16

xuất hiện trên bề mặt biên dạng của bánh răng phải bé hơn hoặc bằng ứng suất tiếp xúc cho phép:

Ñn

2p

Thay thế các giá trị qạ và 1/p vào công thức Hetz (2.55) ta có :

g.- MZuZ [27K y (u +1)

2.6.4.2 Ứng suất tiếp xúc cho phép

Theo công thức Hertz ta có: Ø„ = + (2.55)

Do bộ truyền làm việc trong điều kiện được che kín, bôi trơn

đây đủ nên dạng hỏng về tróc rỗ bề mặt là nguy hiểm hơn cả

Ứng suất tiếp xúc cho phép [ôn] được xác định theo công thức:

Ki ZpZy KK yy

Sy

2.7 NHAN XET VA KET LUAN

Qua quá trình nghiên cứu về bơm bánh răng thủy lực, ta nhận thấy

rằng: lưu lượng của bơm phụ thuộc vào thể tích riêng của rãnh răng

và số vòng quay của bánh răng đó, còn áp suất làm việc của bơm phụ thuộc vào độ chính xác gia công và lắp ghép của các chỉ tiết Từ đó, xây dựng các phương trình về lưu lượng, áp suất, thể tích riêng, v.v

để xác định được mô đun, số răng và góc áp lực của bánh răng Xây

dựng phương trình đường thân khai và chọn điều kiện ăn khớp phù

hợp với áp suất của bơm Từ các thông số đã có, ta sử phần mẻm

Autocad để vẽ lại bản vẽ chế tạo của bộ truyền Đồng thời, phân tích

lực tác dụng lên bộ truyền và trình bày phương pháp kiểm tra bền tiêp xúc của răng

CHUONG 3: THIET KE BO TRUYEN BANH RANG

CUA BOM BANG CONG NGHE CAD/CAM

3.1 CAC MO DUN CHINH CUA PHAN MEM _ PRO/

ENGINEER

3.2 XAY DUNG CAC THAM SO VA PHUONG TRINH BIEN

DANG RANG DE KHAI BAO TRONG PRO/ENGINEER

WILDFIRE 5

3.2.1 Các Tham số

3.2.2 Phương trình biên dạng răng khai báo cho Pro/Engineer

wildfire 5

gamma = sqrt(Re*2 - Rb*2) *t

theta = thetaO + ((gamma/Rb) * (360/(2 * p1))) - atan(gamma/Rb)

z0

Trong đó: t- là biên tham sô trong Pro/Engineer wildfire 5 (0 <t <1)

samma- là ánh xạ của t khoảng cách đi từ Rb đến Re

sprf- là căn bậc hai của hàm số

theta- là sóc định vị trí đường thân khai trong Pro

3.2.3 Dung hình chính xác bộ truyền bánh răng

Bước |: Tao phoi so bo ban dau cho bánh răng:

Bước 2: Khai báo tham số vào Tool/ Parameters:

Bước 3: Thiết lập quan hệ, vào Tool/ Relation:

Bước 4: Chỉ định các kích thước giả định phôi ban đâu vào công thức

trong bảng thiết lập quan hệ:

Bước 5: Xây dựng đường biên dạng răng theo phương trình:

Bước 6: Tao nguyên biên dạng một rãnh răng:

Bước 7: Tạo nguyên bánh rang:

Bước 8: Tạo nguyên bánh răng liên trục:

Từ bánh răng chủ động trên, ta thay đôi

tham số kích thước đâu trục ta có được

bánh răng bị động của bơm thủy lực

Hình 3.9 Bánh răng liền

trục chủ động

3.3 PHAN TICH THIET KE

3.3.1 Ung dung ly thuyết vào tính toán

Hình 3.10 Bánh răng liên trục bị động

3.3.1.1 Các thông sô và mô hình tính

Theo các công thức ở

dn

chương 2, ta tính toán được các thông sô lực tác dụng lên

bộ truyện như sau: ° Vậy mô mem xoăn trên bánh

Hình 3.11 Phan tích lực tác dụng lền

bộ truyên

_ 9,55.107.2570.3,14.32,5.10”

1000.1,06

6

2T, _ yp _2.2,4.10

Vậy ta có lục vòng là: FF, =—-=F., =————

" d, 325.107 Tính lực pháp tuyến theo công thức (2.48) là:

F 10°

COS a cos(29)

~1,5.10° (N)

19

Tính lực hướng tâm theo công thức (2.51) là:

F = Fteữ = F„, =1,5.10%tg(29) =~ 8,2.10’ (N)

Từ các kết quả trên ta có cường độ tải trọng là:

— P,K„ _ 17.10108562

3.3.1.2 Kiểm nghiệm răng theo độ bên tiếp xúc

Ứng suất tiếp xúc được tính theo công thức (2.62) là:

+

_ ẨM “nế: 27K, (u+1) <[o, |

Thay các giá trị vào công thức trên ta tính được ứng suât tiêp xúc của

On

bánh răng là:

ơ.- 271.15351.0.9776 —¬

Ứng suất tiếp xúc cho phép tính của bộ truyền:

= 227(Mpa) (3.9)

Ứng suất tiếp xúc cho phép được tính theo công thức (2.67) là:

K 4, ZpZy KK

[614] = Og

A

Từ các kết quả trên ta suy ra được ứng suất tiếp xúc cho phép tính

của bánh răng là:

lo J=41o 92-11-1923 „|=410———————— =34317 (MPa) (3.10)

Nhận xét: từ kết quả ứng suất tiếp xúc tính ở (3.9) so với kết quả ứng

suất tiếp xúc cho phép tính ở (3.10) ta thấy bộ truyền thiết kế thỏa

mãn điều kiện bền tiếp xúc là:

Øy =2271 (MPa)< |ø„,|= 343.17 (MPa)

3.3.2 Ung dung phan mém Pro/Engineer wildfire 5 dé phan tich

thiét ké

Quá trình phân tích tính toán theo trình tự sau đây:

20

Bước 1: Đưa chỉ tiết vào môi Bước 4: Đặt tải:

trường phân tích Bước 5: Phân tích kết quả thiết

Bước 2: Chọn vật liệu gia công: kế:

Bước 3: Đặt các điều kiện biên: Bước 6: Khai thác kết quả:

Trường ứng suất Von Mises trên biên dạng răng của bánh răng được mô tả trên hình 3.16 Ta nhận thấy răng, ứng suất lớn nhất tập trung chủ yếu ở chân răng có:

Giá trị lớn nhất bằng: 114,7 MPa (N/mm?)

Giá trị nhỏ nhất băng: 2.639.107” MPa

Trường biến dạng trên đĩa răng được mô tả trên hình 3.17 Ta

nhận thấy rằng, biến dạng lớn nhất là biến dạng tại đỉnh răng có:

Giá trị lớn nhất bằng: 0.004926 mm, giá trị nhỏ nhất bằng: 0 mm

? 2

⁄ A A oA ^

Ung suat Von Mises Chuyén vi tong cong

“Stress von Mises (WCS] 1.147e+gz TẾ HOT Mag (WCS) 4, 926¢-03

Loodset:MyLoodSel ; - BANH-RANG-CHU-DONG giivrerar (Ox 5201): SINH TỈN-DINNEGOIGINGNE 4 000e-03

; 8 03Be+G1 + 3.500e-03

6,BB3e+01 3.0888e-03

5.73Be+01 2.5088e-03

sl 3) sE5c+bt 4 2.080e-03 _ 3.441e+01 1,588e-03

1,888e-03 a.8aaz+0a Œ.Z94e+01

1.147e+01

2.639e-a5

`

"Windowl' - StaticAnalysis - StaticAnalysis "Window2" - StaticAnalysis - StaticAnalysis

Hình 3.16 Trường ứng suất Von Hình 3.17 Trường biến dạng

Mises

3.4 NHAN XET VA KÉT LUẬN

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, ngành cơ khí chế tạo máy cũng đã và đang phát triển mạnh mẽ Trong đó, việc

sử dụng công nghệ mới CAD/CAM vào thiết kế và phân tích thiết kế