Nghiên Cứu Xây Dựng Quy Trình Thiết Kế Và Công Nghệ Chế Tạo Bộ Truyền Trục Vít - Bánh Vít Kiểu Mới (Roller Cam).Pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
THIẾT KẾ VÀ CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO
BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT - BÁNH VÍT KIỂU MỚI
(ROLLER CAM)

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103

S K C0 0 4 7 0 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH
THIẾT KẾ VÀ CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN
TRỤC VÍT - BÁNH VÍT KIỂU MỚI (ROLLER CAM)

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103

Hướng dẫn khoa học
PGS.TS. ĐẶNG THIỆN NGƠN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2015


TĨM TẮT
Bộ truyền trục vít là một trong các bộ truyền được sử dụng rộng rãi trong các
nền công nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng. Với những ưu điểm: kích
thước nhỏ gọn, khả năng tải lớn, hiệu suất cao và làm việc tin cậy. Theo thời gian,
bộ truyền động trục vít đã có nhiều cải tiến và gần đây đã có các thành tựu với các
bộ truyền trục vít lõm, bộ truyền trục vít - bánh vít CAM, với các ưu điểm như: kết
cấu nhỏ gọn, khả năng mang tải cao, khe hở truyền động bé, làm việc êm, ít rung
động, truyền động chính xác và độ tin cậy khi làm việc rất cao.
Tuy nhiên, vì đây là các bộ truyền mới nên các tài liệu, lý thuyết về tính tốn
thiết kế chưa được cơng bố rộng rãi và chỉ xuất hiện dưới dạng các thông tin nghiên
cứu, khảo sát trên các tạp chí chun ngành. Đó là lý do đề tài ―Nghiên cứu xây
dựng quy trình thiết kế và công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới
(Roller CAM)‖ đã được triển khai với các nội dung chính:
Tổng hợp, hệ thống và trình này phương pháp tính tốn thiết kế các bộ truyền

-

trục vít truyền thống.
-

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới.

-

Đề xuất phương pháp tính tốn thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới.

-

Phương pháp thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên phần mềm
Creo 3.0
Các bước triển khai gia cơng bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên máy

CNC.

Đề tài đã hồn thành các nội dung kể trên và một ứng dụng cụ thể của bộ truyền
trục vít - bánh vít kiểu mới cho một hệ thống máy cũng được tính tốn, thiết kế và
trình bày trong luận văn.

v


ABSTRACT
Worm gear, one of the transmitters, is widely used in engineering industries,
especially in the field of mechanical engineering because of its advantages such as
compact size, high load capacity, high productivity and reliability. During the
development stages, the worm gear has a lot of improvement with the recent
accomplishments in the using of concave worm - worm gear CAM with its
advantages, such as solid structures and high load capacity, a small gap among
elements, ability to work smoothly, less vibration, high reliability and accurate
transmission.
Because this is the new transmitter, however, its documents and theoretical
design calculations have not been publicized widely and only appeared in the form
of research information and surveys on the professional journals. That is why the
theme entitled "Researching and building the design process and manufacturing

technology for a new-type worm gear (Roller CAM)" has been developed with the
main content as following:
- Integrating system and presenting the design-calculation methods of the
traditional worm gear.
- Researching on the theoretical basis of the new-type worm gear.
- Proposing the methodology to design the new-type worm gear.
- Proposing the design method of the new-type worm gear on the Creo 3.0
software.
- Proposing procedures for machining the new-type worm gear on a CNC
machine.
The study has totally completed the main contents above and a specific
application of the new-type worm gear for specific system is also calculated,
designed and presented in the thesis.

vi


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ………………………………………………………………

i

Lời cam đoan…………………………………………………………………

iii

Cảm tạ………………………………………………………………………...

vi

Tóm tắt………………………………………………………………………..

v

Danh sách các chữ viết tắt……………………………………………………

xi

Danh sách các hình…………………………………………………………...

xii

Danh sách các bảng…………………………………………………………..

xvii

CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU……………………………………………………

1

1.1. Tính cấp thiết cùa đề tài………………………………………………..

1

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài……………………………...

2

1.3. Mục tiêu của đề tài……………………………………………………..

2

1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu……………………………………..

2

1.4.1. Đối tượng nghiên cứu của đề tài…………………………………….....

2

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu……………………………………………………

2

1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu………………………………………………

2

1.5.1. Cơ sở phương pháp luận………………………………………….........

2

1.5.2. Các phương pháp nghiên cứu cụ thể…………………………………..

3

1.6. Kết cấu của luận văn……………………………………………….......

3

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN ……………………………………………...

4

2.1. Giới thiệu bộ truyền trục vít - bánh vít……………………………….

4

2.1.1. Cơng dụng……………………………………………………………..

4

2.1.2. Phân loại…………………………………………………………….....

5

2.1.3. Ưu - nhược điểm…………………………………………………….....

9

vii


2.1.4. Phạm vi sử dụng…………………………………………………….....

9

2.2. Các nghiên cứu liên quan đến đề tài…………………………………..

10

2.2.1. Các nghiên cứu trong nước………………………………………….....

10

2.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước……………………………………………

12

2.3. Định hƣớng nghiên cứu...........................................................................

15

CHƢƠNG 3: BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT BÁNH VÍT TRUYỀN
THỐNG……………………………………………………………………...

16

3.1. Các thơng số cơ bản của bộ truyền trục vít – bánh vít………………

16

3.1.1. Trục vít………………………………………………………...............

16

3.1.2. Bánh vít……………………………………………………………......

18

3.2. Động học bộ truyền động trục vít - bánh vít …………………………

19

3.2.1. Tỷ số truyền……………………………………………………………

19

3.2.2. Vận tốc vịng……………………………………………………...........

19

3.2.3. Vận tốc trượt……………………………………………………..........

19

3.2.4. Lực tác dụng.......................................................………………………

20

3.3. Trình tự tính tốn bộ truyền trục vít – bánh vít………………….......

22

3.3.1. Thơng số đầu vào…………………………………………....................

22

3.3.2. Các bước tính tốn…………………………………………..................

22

3.4. Quy trình cơng nghệ gia cơng trục vít – bánh vít…………………….

36

3.4.1. Quy trình cơng nghệ chế tạo trục vít và bánh vít……………...............

36

3.4.2. Yêu cầu đối với các bản vẽ trục vít và bánh vít……………………......

38

3.4.3. Thiết bị và đồ gá khi gia cơng trục vít và bánh vít ……………………

39

3.4.4. Các phương án cắt răng của trục vít và bánh vít ……………………...

40

3.5. Phƣơng pháp cắt răng trục vít và bánh vít …………………………..

41

3.5.1. Cắt răng trục vít hình trụ ……………………………………………...

41

3.5.2. Cắt răng bánh vít ……………………………………………………...

46

3.5.3. Cắt răng trục vít lõm …………………………………………………..

47

3.5.4. Cắt răng bánh vít lõm …………………………………………………

48

viii


CHƢƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CAM……………………………….

50

4.1. Cấu trúc cơ bản của hệ thống CAM ………………………………….

50

4.2. Cần………………………………………………....................................

50

4.3. CAM..........................................................................................................

53

4.4. Đƣờng cong cơ sở…………………………………………….................

54

4.5. Xác định kích thƣớc CAM…………………………………………......

58

4.5.1. Góc áp lực……………………………………………………………...

59

4.5.2. Bán kính vịng chia…………………………………………………...

60

4.5.3. Bán kính cong……………………………………………………….....

60

4.5.4. Đường kính trục CAM…………………………………………............

62

4.6. Các bƣớc thiết kế hệ thống CAM……………………………………...

62

CHƢƠNG 5: BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT - BÁNH VÍT KIỂU ROLLER
CAM.................................................................................................................

65

5.1. Nguyên lý của bộ truyền……………………………………….............

65

5.2. Đặc điểm và ứng dụng………………………………………………….

65

5.2.1. Đặc điểm…………………………………………………………….....

65

5.2.2. Ứng dụng………………………………………………………………

66

5.3. Phân loại…………………………………………………………….......

66

5.3.1. CAM đơn dừng và CAM đa dừng ..............................………………...

66

5.3.2. CAM chia độ đặc biệt………………………………………………….

67

5.4. Thông số thiết kế cơ bản của bộ truyền……………………………….

68

5.4.1. Số khoảng chia và góc chia độ………………………………………...

68

5.4.2. Số điểm dừng (Z)………………………………………………………

69

5.4.3. Góc chia độ tổng (θt)……………………………………………..........

70

5.4.4. Chu kỳ thời gian………………………………………………….........

70

5.4.5. Xây dựng biểu đồ thời gian và xác định vị trí của rãnh then ……….....

71

5.4.6. Đường cong CAM…………………………………………………......

72

5.5. Xác định phƣơng pháp xây dựng bề mặt CAM…………………........

81

5.5.1. Bề mặt hình học của CAM Globoidal……………………………........

81

ix


5.5.2. Xây dựng cơng thức tốn học cho bề mặt biên dạng CAM…………...

82

5.6. Phƣơng pháp thiết kế trục vít - bánh vít kiểu Roller CAM.................

87

5.6.1. Xác định các thơng số hoạt động của bộ truyền.....................................

88

5.6.2. Tính tốn thơng số của bộ truyền...........................................................

88

5.6.3. Xây dựng phương pháp giải phương trình đường cong.........................

94

5.6.3.1. Lựa chọn phương pháp........................................................................

94

5.6.3.2. Tính tốn khoảng đường cong dưới dạng tham số..............................

95

5.6.3.3. Mơ hình hóa tham số đường cong trên Creo Parametric.....................

99

CHƢƠNG 6: ỨNG DỤNG THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN ĐỘNG TRỤC
VÍT - BÁNH VÍT KIỂU ROLLER CAM CHO MÁY ĐĨNG GĨI.......... 105
6.1. Thơng số thiết kế...............................…………………………………... 105
6.2. Tính tốn các thơng số của bộ truyền……………………………….... 106
6.3. Mơ hình hóa tham số đƣờng cong……………...................................... 107
6.4. Quy trình cơng nghệ gia cơng CAM......................................................

122

6.4.1. Phân tích chức năng làm việc của chi tiết..............................................

122

6.4.2. Phân tích tính cơng nghệ trong kết cấu..................................................

123

6.4.3. Lập thứ tự các ngun cơng...................................................................

124

6.4.3.1. Phân tích chọn chuẩn và chọn nguyên công........................................ 124
6.4.3.2. Thiết kế nguyên công..........................................................................

124

CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………... 137
7.1. Kết luận…………………………………………………………………

137

7.2. Kiến nghị………………………………………………………………..

137

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 138
PHỤ LỤC........................................................................................................

x

143


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Giải thích nghĩa

Tên tiếng việt
- Đường cong hình sin biến đổi

MS

- Modified Sine Curve

MCV

- Modified Constant Velocity - Đường cong vận tốc biến đổi liên
Curve

tục

MT

- Modified Trapezoid Curve

- Đường cong hình thang biến đổi

TR

- Trapecloid Curve

- Đường cong hình thang

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Bộ truyền trục vít……………………………………………….......

4

Hình 2.2. Truyền động vít - đai ốc…………………………………………….

4

Hình 2.3. Phân loại theo hình dạng mặt chia của trục vít……………………..

5

Hình 2.4. Trục vít Acsimet…………………………………………………….

6

Hình 2.5. Trục vít Convolute………………………………………………….

6

Hình 2.6. Trục vít trụ thân khai………………………………………………..

7

Hình 2.7. Trục vít trụ được tạo hình bằng mặt cơn……………………………

7

Hình 2.8. Trục vít được tạo hình bằng mặt CAM…………………………......

8

Hình 2.9. Phân loại theo mối ren.......................................................................

8

Hình 2.10. Gia cơng bánh vít - trục vít trên máy CNC…………………..........

11

Hình 2.11. CAM Globoidal................................................................................

13

Hình 2.12. Bộ truyền CAM chia độ Globoidal..................................................

13

Hình 2.13. Thơng số hình học của CAM Globoidal..........................................

14

Hình 3.1. Thơng số hình học trục vít.................................................................

16

Hình 3.2. Phương chiều vận tốc trượt vs............................................................

20

Hình 3.3. Lực tác dụng trong bộ truyền trục vít - bánh vít................................

21

Hình 3.4. Thơng số đầu vào trục vít - bánh vít..................................................

22

Hình 3.5. Sơ đồ tính tốn thiết kế trục vít - bánh vít..........................................

35

Hình 3.6. Bản vẽ trục vít lõm.............................................................................

38

Hình 3.7. Bản vẽ bánh vít lõm...........................................................................

38

Hình 3.8. Sơ đồ gá đặt bánh vít khi cắt răng......................................................

39

Hình 3.9. Sơ đồ gá đặt trục vít khi cắt tinh răng................................................

40

Hình 3.10. Sơ đồ gá dao khi tiện trục vít...........................................................

42

Hình 3.11. Sơ đồ gá dao một phía khi cắt răng trục vít.....................................

42

Hình 3.12. Sơ đồ gá dao hai phía khi cắt răng trục vít.......................................

42

xii


Hình 3.13. Sơ đồ gá dao phay đĩa khi cắt răng trục vít......................................

42

Hình 3.14. Sơ đồ xốy răng trục vít...................................................................

43

Hình 3.15. Sơ đồ cán trục vít.............................................................................

44

Hình 3.16. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài dạng đĩa..........................................

45

Hình 3.17. Sơ đồ mài trục vít bằng đá mài cơn dạng chậu................................

45

Hình 3.18. Sơ đồ mài trục vít kiểu chốt.............................................................

46

Hình 3.19. Các phương pháp cắt răng bánh vít..................................................

47

Hình 3.20. Sơ đồ cắt răng trục vít lõm bằng đầu dao.........................................

48

Hình 3.21. Sơ đồ cắt răng bánh vít bằng dao phay quay...................................

49

Hình 3.22. Sơ đồ cà bánh vít lõm.......................................................................

49

Hình 4.1. Hệ thống CAM...................................................................................

50

Hình 4.2. Quy luật chuyển động của cần...........................................................

51

Hình 4.3. Hình dạng cần....................................................................................

52

Hình 4.4. Các dạng chuyển động của cần..........................................................

52

Hình 4.5. Vị trí cần.............................................................................................

52

Hình 4.6. Dạng chuyển động của CAM.............................................................

53

Hình 4.6. Hình dạng CAM.................................................................................

54

Hình 4.8. Đường cong vận tốc khơng đổi..........................................................

55

Hình 4.9. Đường cong gia tốc khơng đổi...........................................................

56

Hình 4.10. Đồ thị chuyển vị của đường cong gia tốc khơng đổi………….......

56

Hình 4.11. Đường cong điều hịa.......................................................................

57

Hình 4.12. Đồ thị chuyển vị của đường cong điều hịa......................................

57

Hình 4.13. Đường cong Cycloit.........................................................................

58

Hình 4.14. Đồ thị chuyển vị của đường cong Cycloit.......................................

58

Hình 4.15. Góc áp lực và lực đẩy ngang............................................................

59

Hình 4.16. Góc áp lực........................................................................................

59

Hình 4.17. Bán kính cong..................................................................................

60

Hình 4.18. Tính tốn cho bán kính cong............................................................

61

Hình 4.19. Xác định lực.....................................................................................

64

xiii


Hình 5.1. Bộ truyền Roller CAM……………………………………………...

65

Hình 5.2. Vịng chia độ CAM đơn dừng và đa dừng………………………….

67

Hình 5.3. Góc chia độ khơng bằng nhau………………………………………

67

Hình 5.4. Bộ chỉ số chia khơng đều nhau……………………………………..

68

Hình 5.5. Khoảng chia (Góc chia θh)………………………………………....

69

Hình 5.6. Số điểm dừng……………………………………………………….

70

Hình 5.7. Hướng xoắn của CAM……………………………………………...

71

Hình 5.8. Vị trí rãnh then trên trục và góc chia độ (θh)………………………..

72

Hình 5.9. Biểu đồ thời gian và góc chia độ (θh)…………………………….....

72

Hình 5.10. Biểu đồ S, A, V, J của đường cong hình sin biến đổi...…………...

74

Hình 5.11. Biểu đồ S, A, V, J của đường cong vận tốc biến đổi liên tục..........

75

Hình 5.12. Biểu đồ S, A, V, J của đường cong hình thang biến đổi...………...

77

Hình 5.13. Biểu đồ S, A, V, J của đường cong hình thang……………………

79

Hình 5.14. Đường cong xây dựng bề mặt CAM………………………………

81

Hình 5.15. Hệ tọa độ cho cơ cấu CAM………………………………………..

82

Hình 5.16. CAM Globoidal indexing………………………………………….

83

Hình 5.17. Hệ tọa độ của Roller CAM………………………………………..

84

Hình 5.18. Hướng quay của CAM…………………………………………….

86

Hình 5.19. Xác định góc quay của CAM và cần………………………………

87

Hình 5.20. Thơng số cơ bản của bộ truyền……………………………………

87

Hình 5.21. CAM đơn dừng với 1 và 2 đường dẫn…………………………….

89

Hình 5.22. Đường cong hình sin biến đổi……………………………………..

90

Hình 5.23. Sơ đồ giải thuật thiết kế các thông số cơ bản của bộ truyền trục vít
- bánh vít CAM………………………………………………………………...

93

Hình 5.24. Các đường cong 1L, 2L, 2R, 3R và đường cong dừng của bộ
truyền trục vít – bánh vít CAM...........................................................................

95

Hình 5.25. Giao diện PTC Creo Parametric 3.0……………………………….

99

Hình 5.26. Hộp thoại New…………………………………………………….

100

Hình 5.27. Hộp thoại New File Options………………………………………

100

xiv


Hình 5.28. Giao diện PTC Creo Parametric 3.0 sau thiết lập…………………

101

Hình 5.29. Lựa chọn cách nhập đường cong………………………………….

101

Hình 5.30. Lựa chọn gốc tọa độ……………………………………………….

101

Hình 5.31. Hộp thoại Equation………………………………………………..

102

Hình 5.32. Lệnh Boundary Blend……………………………………………..

102

Hình 5.33. Merge surface……………………………………………………...

103

Hình 5.34. Lệnh Solidify……………………………………………………… 103
Hình 5.35. Sơ đồ giải thuật trên mơ hình hóa đường cong CAM trên phần
mềm Creo Parametric 3.0……………………………………………………...

104

Hình 6.1. Thơng số cơ bản…………………………………………………….

105

Hình 6.2. Khởi động chương trình PTC Creo Parametric 3.0………………...

108

Hình 6.3. Giao diện PTC Creo Parametric 3.0 sau thiết lập…………………..

108

Hình 6.4. Hộp thoại Equation…………………………………………………

108

Hình 6.5. Đường cong CAM đầu tiên cho khoảng thứ nhất…………………..

109

Hình 6.6. Tập hợp đường cong CAM trong đoạn thứ nhất…………………....

109

Hình 6.7. Tập hợp đường cong CAM trong đoạn thứ hai……………………..

110

Hình 6.8. Tập hợp đường cong CAM trong đoạn thứ ba……………………...

110

Hình 6.9. Lệnh Group…………………………………………………………

111

Hình 6.10. Đường cong 2L……………………………………………………

111

Hình 6.11. Đường cong 2R……………………………………………………

112

Hình 6.12. Đường cong 3R……………………………………………………

112

Hình 6.13. Đường cong dừng trái (SL)………………………………………..

113

Hình 6.14. Đường cong dừng phải (SR)………………………………………

113

Hình 6.15. Đường cong CAM hồn thiện……………………………………..

114

Hình 6.16. Lệnh Boundary Blend……………………………………………..

114

Hình 6.17. Boundary Blend các mặt cịn lại…………………………………..

115

Hình 6.18. Merge surface……………………………………………………...

115

Hình 6.19. Merge surface hồn chỉnh…………………………………………

116

Hình 6.20. Lệnh Solidify……………………………………………………… 116

xv

Hình 6.21. Sau khi Solidify……………………………………………………

117

Hình 6.22. Biên dạng phác thảo……………………………………………….

117

Hình 6.23. Biên dạng 3D của CAM…………………………………………...

118

Hình 6.24. Tạo bản vẽ lắp……………………………………………………..

118

Hình 6.25. Lựa chọn gốc tạo độ……………………………………………….

119

Hình 6.26. Lựa chọn chi tiết số 2……………………………………………...

119

Hình 6.27. Sau khi đặt trùng hệ tọa độ………………………………………... 120
Hình 6.28. Component Operations……………………………………………

120

Hình 6.29. Merge……………………………………………………………...

121

Hình 6.30. Kết quả cộng khối…………………………………………………

121

Hình 6.31. Extrude hai phía…………………………………………………...

122

Hình 6.32. Biên dạng CAM hồn chỉnh………………………………………. 122
Hình 6.33. Định vi ngun cơng 1.....................................................................

124

Hình 6.34. Định vị ngun cơng 2.....................................................................

125

Hình 6.35. Định vị ngun cơng 3.....................................................................

126

Hình 6.36. Định vị ngun cơng 4.....................................................................

126

Hình 6.37. Định vị ngun cơng 5.....................................................................

126

Hình 6.38. Đồ gá ngun cơng 5.......................................................................

128

Hình 6.39. Chọn gốc phơi.................................................................................

128

Hình 6.40. Chọn phương gia cơng.....................................................................

129

Hình 6.41. Chọn máy gia cơng..........................................................................

129

Hình 6.42. Dao phay rãnh số 1........................................................................... 129
Hình 6.43. Thiết lập thơng số cho dao số 1........................................................ 130
Hình 6.44. Dao phay cầu số 2............................................................................

130

Hình 6.45. Thiết lập thơng số cho dao số 2........................................................ 131
Hình 6.46. Khai báo mặt gia cơng.....................................................................

131

Hình 6.47. Thiết lập chiều sâu cắt......................................................................

132

Hình 6.48. Chọn chương trình gia cơng.............................................................

132

Hình 6.49. Mã lệnh G - Code trên phần mềm...................................................

133

xvi


Hình 6.50. Quỹ đạo chuyển động......................................................................

131

Hình 6.51. Hình ảnh bắt đầu gia cơng...............................................................

132

Hình 6.52. Hình ảnh kết thúc gia cơng.............................................................

134

Hình 6.53. Sản phẩm sau chạy dao....................................................................

134

Hình 6.54. Cơng nghệ qt 3D..........................................................................

136

xvii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 3.1. Cấp chính xác bộ truyền trục vít phụ thuộc vào vận tốc trượt vs.........

20

Bảng 3.2. Cấp chính xác cho bộ truyền trục vít - bánh vít...................................

23

Bảng 3.3. Bảng đặc tính vật liệu sử dụng trong chế tạo bánh vít.........................

24

Bảng 3.4. Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh vít bằng đồng thanh khơng
thiếc và gang.........................................................................................................

24

Bảng 3.5. Hệ số tương đương cho các điều kiện tải đặc trưng của bánh vít........

26

Bảng 3.6. Hệ số hao mịn vật liệu tính đến Cv.....................................................

26

Bảng 3.7. Trị số tiêu chuẩn của aw.......................................................................

28

Bảng 3.8. Giá trị tiêu chuẩn của q........................................................................

29

Bảng 3.9. Giá trị tiêu chuẩn của m.......................................................................
Bảng 3.10. Hệ số ảnh hưởng X trong chế độ chạy rà...........................................

29
31

Bảng 3.11. Trị số của hệ số tải trọng động KHv....................................................

31

Bảng 3.12. Hệ số biến dạng của trục vít θ............................................................

31

Bảng 3.13. Trị số dạng răng YF............................................................................

33

Bảng 3.14. Chiều dài phần cắt ren của trục vít..................................................... 34
Bảng 3.15. Các phương án cắt răng trục vít và bánh vít......................................

41

Bảng 3.16. Lượng dư mài trục vít hình trụ (lượng dư một phía).........................

46

Bảng 5.1. Đặc tính đường cong CAM..................................................................

80

xviii


Chƣơng 1

MỞ ĐẦU
Bộ truyền trục vít là một trong các bộ truyền được sử dụng rộng rãi trong các
thiết bị cơng nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng. Với những ưu điểm: kích
thước nhỏ gọn, khả năng tải lớn, hiệu suất cao và làm việc tin cậy.
Theo thời gian, bộ truyền động trục vít đã có nhiều cải tiến và gần đây đã đạt
được nhiều thành tựu đáng kể với các bộ truyền như bộ truyền trục bánh vít lõm, bộ
truyền trục vít - bánh vít CAM nhờ những ưu điểm nổi bật như:
- Cấu trúc vững chắc và khả năng mang tải cao.
- Khe hở 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.
Nhờ vậy mà bộ truyền trục vít, bánh vít CAM được ứng 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 như trong các máy CNC hiện nay.
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Do đây là các bộ truyền mới nên các tài liệu, lý thuyết về tính tốn thiết kế
chưa được cơng bố rộng rãi và chỉ xuất hiện dưới dạng các thơng tin nghiên cứu,
khảo sát trên các tạp chí chun ngành. Đó là lý do đề tài ―Nghiên cứu xây dựng
quy trình thiết kế và cơng nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới (Roller
CAM)‖ đã được triển khai với các nội dung chính:
- Tổng hợp, hệ thống và trình này phương pháp tính tốn thiết kế các bộ
truyền trục vít truyền thống.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới.
- Đề xuất phương pháp tính tốn thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu
mới.

1


-

Phương pháp thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên phần mềm

Creo 3.0
-

Các bước triển khai gia cơng bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên máy

CNC.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

-

Đề xuất được phương pháp tính tốn thiết kế cơ cấu CAM.

-

Xây dựng hệ thống công thức, bảng biểu phục vụ việc tính tốn thiết kế.

-

Đề xuất được quy trình cơng nghệ chế tạo CAM.

1.3. Mục tiêu của đề tài
-

Xây dựng phương pháp và hệ thống công thức để tính tốn thiết kế cơ cấu
CAM Globoidal. Trên cơ sở đó đề xuất cơng nghệ gia cơng chế tạo CAM trên
máy điều khiển số.

1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài
-

Bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống.

-

Bộ truyền trục vít bánh vít CAM.

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu

-

Bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống.

-

Bộ truyền kiểu Roller CAM:
+ Globoidal CAM.
+ Đặc tính hình học, cấu tạo, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng.
+ Thơng số tính tốn thiết kế.
+ Phương pháp gia công trên máy điều khiển số.

1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận
-

Nghiên cứu, phân tích tổng hợp lý thuyết, nguyên lý từ đó đưa ra yêu cầu
thiết kế.

1.5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể

2


-

Tổng hợp các tài liệu sách, tạp chí trong và ngoài nước, bài báo khoa học và
trên internet để làm phương pháp nghiên cứu cụ thể.

1.6. Kết cấu của luận văn

Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 7 chương:
Chƣơng 1: Mở đầu
Trình bày tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học, đối tượng, phạm vi và phương pháp
nghiên cứu của đề tài.
Chƣơng 2: Tổng quan
Trình bày về bộ truyền trục vít - bánh vít, các nghiên cứu liên quan đến bộ
truyền trục vít - bánh vít và định hướng nghiên cứu của đề tài.
Chƣơng 3: Bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống
Trình bày lý thuyết, trình tự tính tốn thiết kế và quy trình cơng nghệ gia cơng
bộ truyền trục vít - bánh vít truyền thống.
Chƣơng 4: Cơ sở lý thuyết CAM
Trình bày lý thuyết về hệ thống CAM, cấu trúc, phân loại cam và cần, các
đường cong cơ sở và các bước tính tốn thiết kế hệ thống CAM
Chƣơng 5: Bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu Roller CAM
Trình bày về bộ truyền trục vít bánh vít kiểu mới: Nguyên lý, đặc điểm, ứng
dụng, thông số thiết kế cơ bản và phương pháp xây dựng xây dựng bề mặt CAM
trên phần mềm Creo Parametric
Chƣơng 6: Ứng dụng thiết kế bộ truyền động trục vít - bánh vít kiểu Roller
CAM cho máy đóng gói
Trình bày quy trình tính tốn thiết kế và công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít
bánh vít kiểu Roller CAM, ứng dụng trong máy đóng gói.
Chƣơng 7: Kết luận và kiến nghị
Trình bày kết luận, kiến nghị và đề xuất hướng phát triển của đề tài.

3


Chƣơng 2

TỔNG QUAN

2.1. Giới thiệu bộ truyền trục vít – bánh vít
2.1.1. Cơng dụng
Bộ truyền trục vít – bánh vít gọi tắt là bộ truyền trục vít, được xếp vào loại
truyền động răng – vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và vít. Bộ truyền trục vít
dùng để truyền chuyển động và công suất cho hai trục chéo nhau. Thơng thường
góc giữa hai trục là 90o.

Hình 2.1. Bộ 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 như đai ốc chuyển động quay.

Hình 2.2. Truyền động vít - đai ốc [3]

4


Vì có khả năng tự hãm nên chuyển động và cơng suất được truyền từ trục vít
sang bánh vít (hình 2.2).
2.1.2. Phân loại
- Theo hình dạng mặt chia của trục vít, bộ truyền trục vít đƣợc chia làm ba
loại:
+ Trục vít trụ (hình a)
+ Trục vít lõm (hình b)
+ Trục vít CAM (hình c)

c)
a) Trục vít trụ [3]; b) Trục vít lõm[3]; c) Trục vít CAM [12]
Hình 2.3. Phân loại theo hình dạng mặt chia của trục vít
- Theo hình dạng ren của trục vít, bộ truyền trục vít đƣợc chia làm các loại

sau:
+ Trục vít Acsimet: Ký hiệu ZA, có giao truyến giữa mặt ren và mặt phẳng
chứa đường tâm trục là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vng
góc đường tâm trục là đường xoắn ốc Acsimet. Trục vít Acsimet được chế tạo trên

5


máy tiện thơng thường. Mặt ren thường khơng mài, vì nếu mài cần dùng đá mài có
hình dạng đặc biệt, gia cơng khó khăn. Vì vậy trục vít Acsimet thường được dùng
trong các bộ truyền có yêu cầu độ rắn trục vít nhỏ hơn 350HB.

Hình 2.4. Trục vít Acsimet [8]
+ Trục vít Convolute : Ký hiệu ZN, có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng
vng góc phương ren là đường thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng
vuông góc đường tâm trục là đường xoắn Convolute. Loại trục vít này tuy có tính
cơng nghệ cao hơn trục vít Acsimet (dùng được dao hai lưỡi có góc cắt như nhau để
tiện ren), nhưng cũng cần đá mài đặc biệt để mài, do đó ít dùng.

Hình 2.5. Trục vít Convolute [8]
+ Trục vít trụ thân khai : Kí hiệu ZI, có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng
tiếp tuyến với mặt trụ cơ sở là đường thẳng. Giao tuyến của mặt ren và mặt phẳng
vng góc với đường tâm trục là đường xoắn thân khai. Trục vít thân khai có thể
mài bằng đá mài dẹt, do đó được dùng khi có u cầu độ cứng trục vít lõm lớn hơn
45HRC.

6


Hình 2.6. Trục vít trụ thân khai [8]

+ Trục vít trụ đƣợc tạo hình bằng mặt cơn: Kí hiệu ZK, tương tự trục vít
thân khai nó cũng có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ
cơ sở là đường thẳng. Giao tuyến của mặt ren và mặt phẳng vng góc với đường
tâm trục là thân khai. Ở dạng này dụng cụ cắt có dạng hình thang nhưng profile
răng của trục vít là mặt lồi trong mặt cắt ngang và lõm trong mặt cắt dọc.
Nếu gia cơng trục vít khơng cần mài thì sử dụng trục vít Acsimet. Nếu phải mài
thì sử dụng trục vít thân khai.

Hình 2.7. Trục vít trụ được tạo hình bằng mặt côn [8]

7


+ Trục vít đƣợc tạo hình bằng mặt CAM:

Hình 2.8. Trục vít được tạo hình bằng mặt CAM
Đây là dạng trục vít bánh vít kiểu mới thường được sử dụng trong các cơ cấu
phân độ gián đoạn, băng tải gián đoạn cũng như trong các máy CNC…Bề mặt tạo
hình của trục vít này dựa trên bề mặt CAM khơng gian (CAM thùng) dạng trụ hoặc
gloiboid. Trong đó CAM đóng vai trị là trục vít và bánh vít là các turret có gắn các
con lăn (roller) như nhìn thấy trên hình 2.3c. Truyền động của CAM và turret thông
qua rãnh CAM được tạo nên từ các đường cong cơ sở trong CAM và các con lăn bị
dẫn.
- Theo số mối ren trên trục vít, bộ truyền trục vít chia ra hai loại:

a)

b)

c)

a - một mối ren; b - hai mối ren; c - ba mối ren
Hình 2.9. Phân loại theo mối ren [4]

8


- 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
trường 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, dưới, ngang so với bánh vít hoặc thẳng đứng.
2.1.3. Ƣu nhƣợc điểm của bộ truyền
Ưu điểm:
- Với bộ truyền trục vít bánh vít thƣờng
+ Tỷ số truyền lớn.
+ Làm việc êm và khơng ồn.
+ Có khả năng tự hãm và có độ chính xác động học cao.
- Với bộ truyền trục vít bánh vít CAM
+ Khe hở giữa giữa các cơ cấu thành phần bé.
+ Khả năng làm việc êm.
+ Rung động nhỏ.
+ Độ tin cậy khi làm việc rất cao.
+ Có khả năng truyền động rất chính xác.
Nhược điểm:
- Với bộ truyền trục vít bánh vít thƣờng
+ Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có vận tốc trượt 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.
- Với bộ truyền trục vít bánh vít CAM

+ Chế tạo phức tạp.
2.1.4. Phạm vi sử dụng
Bộ truyền trục vít thường do có hiệu suất thấp (khoảng 70÷80%) nên chỉ sử dụng
cho phạm vi cơng suất bé và trung bình (P < 60kW), rất hiếm khi đến 200kW. Do
tỷ số truyền lớn nên bộ truyền trục vít được sử dụng rộng rãi trong các cơ cấu phân
độ. Vì có khả năng tự hãm nên bộ truyền trục vít được sử dụng khá phổ biến trong

9