ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG
TÍNH TỐN THIẾT KẾ
VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC
BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
Mã số: T2018 – 06 – 97
Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Thái Dương
Đà Nẵng, 4/2019
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG
TÍNH TỐN THIẾT KẾ
VÀ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC
BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
Mã số: T2018 – 06 – 97
Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)
MỤC LỤC
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG I
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT I
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG II
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT II
MỤC LỤC III
DANH MỤC BẢNG BIỂU IV
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH 1
1.1. Giới thiệu bộ truyền bánh răng hành tinh............................................................................1
1.2. Nội dung nghiên cứu...............................................................................................................8
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH 11
2.1. Cơ sở tốn học tính chọn số răng.........................................................................................11
2.2. Thơng số cơ bản và kích thước hình học của bộ truyền hành tinh...................................13
2.3. Mơ hình 3D của bộ truyền bánh răng hành tinh................................................................20
2.4. Kết luận..................................................................................................................................29
CHƯƠNG 3 Ứ D P NG M WỤNG HĐẦNP T ỀMC Đ OLRKBVENCHB
TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH 31
3.1. Tổng quan về Ansys..............................................................................................................31
3.2. Phân tích chế độ làm việc của bánh răng hành tinh...........................................................35
3.3. Kết luận..................................................................................................................................38
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ADAMS/VIEW ĐỂ PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC BỘ
TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH 39
4.1. Giới thiệu về ADAMS/VIEW...............................................................................................39
4.2. Ứng dụng ADAMS/View để phân tích động lực học..........................................................39
4.3. Kết luận..................................................................................................................................48
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49
5.1. Kết luận..................................................................................................................................49
5.2. Kiến nghị................................................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Hình 1.1- Một số loại bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 1.2- Cấu tạo của bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 1.3- Sơ đồ nguyên lý của bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 1.4- Sơ đồ nguyên lý giảm tốc của bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 1.5- Sơ đồ nguyên lý đảo chiều của bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 1.6- Sơ đồ nguyên lý nối trực tiếp của bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 1.7- Sơ đồ nguyên lý tăng tốc của bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 2.1 - Cơ cấu bánh răng hành tinh 2k-0
Hình 2.2 – Biên dạng thân khai
Hình 2.3 - Mơ hình bánh răng trung tâm
Hình 2.4 – Mơ hình bánh răng hành tinh
Hình 2.5 – Mơ hình bánh răng vịng nội tiếp
Hình 2.6- Mơ hình vỏ hộp sau
Hình 2.7 – Mơ hình vỏ hộp trước
Hình 2.8 - Mơ hình trục ra
Hình 2.9 – Mơ hình chốt trục ra
Hình 2.10 – Mơ hình khai triển
Hình 2.11 – Mơ hình hồn chỉnh
Hình 3.1 - Các kiểu hình của bánh răng hành tinh
Bảng 3.1 - 6 tần số dao động riêng và kiểu hình tương ứng ban đầu của bánh răng hành tinh
Hình 4.1 – Bộ phận đầu vào
Hình 4.2 - Bộ phận vỏ hộp
Hình 4.3 – Bộ phận trục ra
Hình 4.4 - Vận tốc góc của trục vào và trục ra
Hình 4.5 - Đường cong dịch chuyển của bánh răng hành tinh theo phương X
Hình 4.6 - Đường cong dịch chuyển của bánh răng hành tinh theo phương Y
Hình 4.7 - Lực tác dụng giữa bánh răng hành tinh và bánh răng trung tâm
Hình 4.8 - Lực tác dụng giữa bánh răng hành tinh và bánh răng vịng nội tiếp
Hình 4.9 - Sự thay đổi gia tốc góc của bánh răng hành tinh theo thời gian
Hình 4.10 - Đặc tính phổ tần gia tốc góc của bánh răng hành tinh
Bảng 4.1 - Đặc tính phổ tần của bánh răng hành tinh ở trạng thái không tải
Hình 4.11 - Gia tốc góc của bánh răng hành tinh
Hình 4.12 - Đặc tính phổ tần gia tốc góc của bánh răng hành tinh
Bảng 4.2 - Đặc tính phổ tần của bánh răng hành tinh ở trạng thái đầy tải
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thơng tin chung:
- Tên đ t ềTÍNHài:T TỐN K V HKIẾT S Đ Ế T À Đ HLẢO H ÁT
BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH.
- Mã số: T2018 – 06 – 97
- Chủ nhiệm: ThS. Nguyễn Thái Dương
- Thành viên tham gia:
- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
- Thời gian thực hiện: 01/05/2018 – 30/04/2019
2. Mục tiêu:
Nghiên c t tứu t ínkh v k oán s đ hitết đ ếl hà b ht ảo b átr ặc ính
hành tinh.
3. Tính mới và sáng tạo:
Thiết kế được mơ hình 3D của bộ truyền bánh răng hành tinh, bên cạnh đó đã tiến
hành p t hânđ l íchh đ ộvng b t ực m ọnc m ối l gới t t ộ k ruynền ới
định cho việc phân tích động lực học đối với các bộ truyền khác.
4. Tóm tắt kết quả nghiên cứu:
Tính tốn thiết kế bộ truyền bánh răng hành tinh cho ra các thơng số hình học của
bộ truyền; thiết lập mơ hình 3D của các bộ truyền được tạo trên phần mềm Pro/E 4.0;
sau đó, dựa trên kết quả mô phỏng động lực học trong môi trường WORKBENCH và
ADAMS/VIEW đối với bộ truyền đã cho thấy bộ truyền bánh răng trên làm việc đảm
bảo tin cậy.
5. Tên sản phẩm:
Mơ h 3ìnhb t D b ộ r ruhyền t 2 bánhb đ ănkg t c ànth n inhc. ài
chỉ số ISSN (HĐGSNN) và kỷ yếu hội nghị quốc gia có chỉ số ISBN.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
Có thể ứng dụng trong các máy cắt kim loại, trong hệ dẫn động điều chỉnh vô cấp,
trong các thiết bị đo lường.
Phần m c ềtm p vó t hể c htục h t ụg rodng đ s ôngv Mách ọc ập
3D và phân tích động lực học là tài liệu để sinh viên tham khảo, tiếp cận lý thuyết mới.
7. Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính
Ngày tháng năm
Chủ nhiệm đề tài
Hội đồng KH&ĐT đơn vị
(ký, họ và tên) (ký, họ và tên)
XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title: CALCULATION, DESIGN AND
DYNAMIC CHARACTERISTICS OF PLANETARY GEAR TRANSMISSION.
Code number: T2018 - 06- 97
Coordinator: MSc. NGUYEN THAI DUONG
Implementing institution: UNIVERSITY OF TECHNOLOGY EDUCATION
Duration: from 01/05/2018 to 30/04/2019
2. Objective(s):
Calculation, d a d esign t nd etecrmination o p hge ynamic
transmission.
3. Creativeness and innovativeness:
Designing a 3 m o pD ogdel t f labnetary d aear oransmission,
this new transmitter was carried out, providing certain reference values for dyna
analysis of the other transmitters.
4. Research results:
Calculation of planetary gear transmission design for the geometric parameters of
the transmitter; setting up 3D models of transmitters created on Pro / E 4.0 software;
Then, based on the results of the environmental dynamics simulation WORKBENCH
and ADAMS/VIEW for the transmitter, it was shown that the above gear transmission
is reliable.
5. Products:
The 3D solid model of planetary gear transmission
6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability:
Can be applied in metal cutting machines, in stepless adjustment drive systems, in
measuring devices. Can be served in the academic work, a model for students to visit
and approach new theory.
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
HÀNH TINH
1.1. Giới thiệu bộ truyền bánh răng hành tinh
Truyền động bánh răng hành tinh là truyền động bánh răng mà trong cơ cấu có ít
nhất một bánh răng có trục quay di động đối với vỏ. Bánh răng có trục quay di động
đối với vỏ trong quá trình làm việc đợc gọi là bánh vệ tinh. Khâu trên đó đặt bánh vệ
tinh đợc gọi là cần và đợc kí hiệu bằng số 0. Khi làm việc cần quay hoặc có thể quay
quanh một trục cố định gọi là trục chính. Các bánh răng ăn khớp với bánh vệ tinh và có
trục trùng với trục chính đợc gọi là các bánh trung tâm. Các khâu cã thĨ quay quanh
trơc chÝnh vµ khi bé trun lµm việc tiếp nhận tải trọng ngoài đợc gọi là các khâu cơ
bản.
Truyền động hành tinh so với truyền động bánh răng thờng có rất nhiều u ®iĨm
nh: tû sè trun lín, tõ mét trơc chđ động có thể truyền năng lợng tới một số trục bị
động với vận tốc góc thay đổi trong thời gian làm việc (nh hệ dẫn động các bánh xe ô
tô), khu«n khỉ kÝch thíc nhá gän (chØ b»ng 1/3 hay 1/4 khối lợng của hệ dẫn động
bánh răng thờng có cùng công suất truyền dẫn hoặc có khi còn bé hơn nữa). Truyền
động hành tinh còn dùng để tổng hợp chuyển động, sử dụng khá rộng trong máy cắt
kim loại, trong hệ dẫn động điều chỉnh vô cấp, trong các thiết bị đo lờng. Ngoài ra hệ
dẫn động hành tinh còn có một số công dụng đặc biệt nh:
Hệ hành tinh rất thích hợp trong công việc truyền công suất lớn giữa hai trục đồng
trơc víi nhau.
Víi hƯ hµnh tinh cịng cã thĨ thùc hiện đợc truyền động theo một chiều (tải không
thuận nghịch bằng cách lỵi dơng hiƯn tỵng tù h·m).
Truyền động bánh răng hành tinh có rất nhiều sự khác biệt so với truyền động
bánh răng thờng về mặt động học (tỷ số truyền), hiệu suất, phơng pháp tính to¸n thiÕt
kÕ.
1
Thuyết minh Đề tài NCKH cấp Trường
a)
b)
c)
Hình 1.1- Một số loại bộ truyền bánh răng hành tinh
2
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
1.1.1. Cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh
Hình 1.2 - Cấu tạo của một bộ truyền bánh răng hành tinh
Các bánh răng trong bộ truyền bánh răng hành tinh có 3 loại: bánh răng bao,
bánh răng hành tinh và bánh răng mặt trời và cần dẫn. Cần dẫn nối với trục trung tâm
của mỗi bánh răng hành tinh và làm cho các bánh răng hành tinh xoay chung quanh.
Với bộ các bánh răng nối với nhau kiểu này thì các bánh răng hành tinh giống
như các hành tinh quay xung quanh mặt trời, và do đó chúng được gọi là các bánh răng
hành tinh.
Thông thường nhiều bánh răng hành tinh được phối hợp với nhau trong bộ
truyền bánh răng hành tinh.
1.1.2. Nguyên lý vận hành
3
Thuyết minh Đề tài NCKH cấp Trường
Bánh răng bao
Cần dẫn
Bánh răng mặt trời
Bánh răng hành tinh
Hình 1.3 - Sơ đồ nguyên lý của bộ truyền bánh răng hành tinh
Bằng cách thay đổi vị trí đầu vào, đầu ra, phần và các phần tử cố định có thể
giảm tốc, đảo chiều, nối trực tiếp và tăng tốc.
a. Giảm tốc
Đầu vào: Bánh răng bao
Đầu ra: Cần dẫn
Cố định: Bánh răng mặt trời
4
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
Đầu vào của công suất Bánh răng bao (đầu vào)
Đầu ra của công suất Cần dẫn (đầu ra)
Chiều quay
Bánh răng mặt trời (cố định)
Bánh răng hành tinh
Đầu vào
Cố định Đầu ra
Hình 1.4 - Sơ đồ nguyên lý giảm tốc của bộ truyền bánh răng hành tinh
Khi bánh răng mặt trời bị cố định thì chỉ có bánh răng hành tinh quay và quay
xung quanh bánh răng mặt trời. Do đó trục đầu ra chỉ giảm tốc độ so với trục đầu vào
bằng chuyển động quay của bánh răng hành tinh. Độ dài của mũi tên chỉ tốc độ quay
và chiều rộng của mũi tên chỉ mơmen. Mũi tên càng dài thì tốc độ quay càng lớn và
mũi tên càng rộng thì mơ men càng lớn.
b. Đảo chiều
Đầu vào: Bánh răng mặt trời
Đầu ra: Bánh răng bao
Cố định: Cần dẫn
5
Đầu vào của công suất Thuyết minh Đề tài NCKH cấp Trường
Đầu ra của công suất Bánh răng bao (đầu ra)
Chiều quay Cần dẫn (cố định)
Đầu vào Bánh răng mặt trời (đầu vào)
Bánh răng hành tinh
Cố định
Đầu ra
Hình 1.5 - Sơ đồ nguyên lý đảo chiều của bộ truyền bánh răng hành tinh
Khi cần dẫn được cố định ở vị trí và bánh răng mặt trời quay thì bánh răng bao
quay trên trục và hướng quay được đảo chiều. Độ dài của mũi tên chỉ tốc độ quay và
chiều rộng của mũi tên chỉ mơmen. Mũi tên càng dài thì tốc độ quay càng lớn, và mũi
tên càng rộng thì mơmen càng lớn.
c. Nối trực tiếp
Đầu vào: Bánh răng mặt trời, bánh răng bao
Đầu ra: Cần dẫn
6
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
Đầu vào của công suất Bánh răng bao (đầu vào)
Đầu ra của công suất Bánh răng mặt trời (đầu vào)
Chiều quay Cần dẫn (đầu ra)
Bánh răng hành tinh
Đầu vào
Đầu vào
Đầu ra
Hình 1.6 - Sơ đồ nguyên lý nối trực tiếp của bộ truyền bánh răng hành tinh
Do bánh răng bao và bánh răng mặt trời quay cùng nhau với cùng một tốc độ
nên cần dẫn cũng quay với cùng tốc độ đó. Độ dài của mũi tên chỉ tốc độ quay và
chiều rộng của mũi tên chỉ mơmen. Mũi tên càng dài thì tốc độ quay càng lớn, và mũi
tên càng rộng thì mômen càng lớn.
d. Tăng tốc
Đầu vào: Cần dẫn
Đầu ra: Bánh răng bao
Cố định: Bánh răng mặt trời
7
Đầu vào của công suất Thuyết minh Đề tài NCKH cấp Trường
Đầu ra của công suất Bánh răng bao (đầu ra)
Chiều quay Cần dẫn (đầu vào)
Bánh răng mặt trời (cố định)
Bánh răng hành tinh
Cố định
Đầu vào
Đầu ra
Hình 1.7 - Sơ đồ nguyên lý tăng tốc của bộ truyền bánh răng hành tinh
Khi cần dẫn quay theo chiều kim đồng hồ thì bánh răng hành tinh chuyển động
xung quanh bánh răng mặt trời theo chiều kim đồng hồ. Do đó bánh răng bao tăng tốc
trên cơ sở số răng trên bánh răng bao và trên bánh răng mặt trời. Độ dài của mũi tên
chỉ tốc độ quay và chiều rộng của mũi tên chỉ mômen. Mũi tên càng dài thì tốc độ
quay càng lớn, và mũi tên càng rộng thì mơmen càng lớn.
1.2. Nội dung nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan về bộ truyền bánh răng hành tinh. Giới thiệu bộ truyền
bánh răng hành tinh, cấu tạo và nguyên lý vận hành của bộ truyền bánh răng hành tinh.
Chương 2: Tính tốn thiết kế bộ truyền bánh răng hành tinh. Giới thiệu phương
pháp tính tốn các thơng số hình học chủ yếu của bộ truyền, sau đó ứng dụng phần
mềm Pro/E 4.0 để thiết kế mơ hình 3D của bộ truyền.
Chương 3: Ứng dụng phần mềm Workbench để phân tích chế độ làm việc bộ
truyền bánh răng hành tinh. Xây dựng mơ hình động lực học bộ truyền bánh răng hành
tinh trong môi trường Workbench, thiết lập các ràng buộc và các điều kiện biên, sau
8
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
khi tính tốn tiến hành phân tích động lực học của bộ truyền.
Chương 4: Ứng dụng phần mềm ADAMS/View để phân tích động lực học bộ
truyền bánh răng hành tinh. Xây dựng mơ hình động lực học bộ truyền bánh răng hành
tinh trong môi trường ADAMS/View, thiết lập các ràng buộc và các điều kiện biên,
sau khi tính tốn tiến hành phân tích mơ phỏng động lực học của bộ truyền, từ kết quả
đó so sánh với kết quả nhận được trong chương 3, nghiệm chứng độ tin cậy của mơ
hình.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị.
9
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH
RĂNG HÀNH TINH
2.1. Cơ sở toán học tính chọn số răng
Khi thiết kế hệ truyền động hành tinh, việc xác định số răng các bánh trong hệ
liên quan chặt chẽ với các thông số như: tỷ số truyền, hiệu suất truyền động. Do đó số
răng các bánh răng được chọn phải đảm bảo các yêu cầu về tỷ số truyền, độ bền uốn
của răng và các đặc điểm kết cấu của truyền động hành tinh, đó là các yêu cầu về điều
kiện đồng trục, điều kiện lắp và điều kiện kề.
2.1.1. Điều kiện đồng trục
2
3
0
1
Hình 2.1 - Cơ cấu bánh răng hành tinh 2k-0.
1 - Bánh trung tâm; 2 - Bánh hành tinh; 3 - Bánh răng vòng; 0 - Cần
Trong các truyền động hành tinh, 2 hoặc 3 bánh trung tâm phải đảm bảo yêu cầu
trục hình học của các bánh trung tâm này trùng nhau. Đó là yêu cầu đồng trục.
Ở cơ cấu 2k-0 (hình 1), trục quay của bánh 1 và 3 trùng nhau khi khoảng cách
trục a12 giữa bánh trung tâm 1 và bánh hành tinh 2 và khoảng cách trục a23 giữa bánh
răng vòng 3 và bánh hành tinh 2 bằng nhau, tức là:
a12 a23 (1)
Hoặc: r1 r2 r3 r2 (2)
11
Thuyết minh Đề tài NCKH cấp Trường
Với các bánh răng cùng mơ đun thì: Z1 2Z2 Z3 (3)
2.1.2. Điều kiện lắp
Trong truyền động hành tinh, số bánh răng hành tinh thường chọn từ 3 đến 6.
Muốn cho bộ truyền làm việc được, phải đảm bảo điều kiện lắp, tức là đảm bảo điều
kiện: Trục đối xứng của các rãnh răng của tất cả bánh vệ tinh phải trùng với trục đối
xứng của các răng bánh trung tâm ăn khớp với các bánh vệ tinh.
Giả sử cùng ăn khớp với 1 bánh trung tâm có q bánh vệ tinh, chúng cách đều
nhau 1 góc bằng:
2q (4)
Điều kiện lắp khi có hai bánh răng trung tâm cùng ăn khớp với q bánh hành tinh
là:
Z1 Z3 q k (5)
Với k là số nguyên.
2.1.3. Điều kiện kề
Khi số bánh răng hành tinh q tăng lên, có thể xảy ra trường hợp vịng đinh của
chúng cắt nhau, khả năng này sẽ không xảy ra nếu:
da2 l (6)
Trong đó: da2: Đường kính vịng đỉnh của bánh hành tinh
l: khoảng cách từ trục của bánh hành tinh kề nhau, khoảng cách này có thể
biểu diễn qua đường kính vịng chia của các bánh trung tâm và bánh vệ tinh.
12
CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG HÀNH TINH
l
0,5 d2 d1 sin (7)
2 2
Với: 2q
Do đó: da2 d2 d1 sin (8)
2
Nếu thay:
d m.Z
da2 m Z2 2
u12 P 1 Z2
2 Z1
Ta xác định được trị số lớn nhất của P và do đó tỷ số truyền: 3 1 P đảm bảo
i10
điều kiện kề.
4 2
1 sin
Với bánh răng không dịch chỉnh: P q Z1 mZ1 (9)
1 sin
q
Trong đó Δ là khe hở cần thiết, thường chọn Δ = m, khi đó P chỉ cịn phụ thuộc
vào q và Z1.
2.2. Thơng số cơ bản và kích thước hình học của bộ truyền hành tinh
Dựa trên tính năng và các thơng số thiết kế ban đầu của bộ truyền hành tinh, biết:
- Công suất trên trục vào: P1 = 11 kW;
- Số vòng quay trên trục vào: n1=1450 rpm;
- Tỷ số truyền: i = 5.
13