NGHIÊN cứu xây DỰNG QUY TRÌNH THIẾT kế và CÔNG NGHỆ CHẾ tạo bộ TRUYỀN TRỤC vít BÁNH vít KIỂU mới (ROLLER CAM)

M CL C
Trang

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

i

L i 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

CH

Đ U……………………………………………………

1

1.1. Tính c p thi t cùa đ tài………………………………………………..

1

1.2. ụ nghĩa khoa học và thực ti n c a đ tài……………………………...

2

1.3. M c tiêu c a đ tài……………………………………………………..

2

1.4. Đ i t

ng và ph m vi nghiên c u……………………………………..

2

1.4.1. Đối t ợng nghiên c u c a đề tài…………………………………….....

2

1.4.2. Phạm vi nghiên c u……………………………………………………

2

1.5. Ph

ng pháp nghiên c u………………………………………………

2

1.5.1. Cơ s ph ơng pháp luận………………………………………….........

2

1.5.2. Các ph ơng pháp nghiên c u cụ thể…………………………………..

3

1.6. K t c u c a lu n văn……………………………………………….......

3

CH

NG 2: T NG QUAN ……………………………………………...

4

2.1. Giới thi u b truy n tr c vít - bánh vít……………………………….

4

2.1.1. Công dụng……………………………………………………………..

4

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

5

u - nh ợc điểm…………………………………………………….....

9

2.1.3.

NG 1: M

vii


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

9

2.2. Các nghiên c u liên quan đ n đ tài…………………………………..

10

2.2.1. Các nghiên c u trong n ớc………………………………………….....

10

2.2.2. Các nghiên c u ngoài n ớc……………………………………………

12

2.3. Đ nh h ớng nghiên c u...........................................................................

15

CH

NG 3: B

TRUY N TR C VÍT BÁNH VÍT TRUY N

TH NG……………………………………………………………………...

16

3.1. Các thông s c b n c a b truy n tr c vít ậ bánh vít………………

16

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

16

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

18

3.2. Đ ng học b truy n đ ng tr c vít - bánh vít …………………………

19

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

19

3.2.2. Vận tốc vòng……………………………………………………...........

19

3.2.3. Vận tốc tr ợt……………………………………………………..........

19

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

20

3.3. Trình tự tính toán b truy n tr c vít ậ bánh vít………………….......

22

3.3.1. Thông số đầu vào…………………………………………....................

22

3.3.2. Các b ớc tính toán…………………………………………..................

22

3.4. Quy trình công ngh gia công tr c vít ậ bánh vít…………………….

36

3.4.1. Quy trình công 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 công trục vít và bánh vít ……………………

39

3.4.4. Các ph ơng án cắt răng c a trục vít và bánh vít ……………………...

40

3.5. Ph

ng pháp c t răng tr c 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


CH

NG 4: C

S

LÝ THUY T CAM……………………………….

50

4.1. C u trúc c b n c a h th ng CAM ………………………………….

50

4.2. C n………………………………………………....................................

50

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

53

4.4. Đ

ng cong c s …………………………………………….................

54

4.5. Xác đ nh kích th ớc CAM…………………………………………......

58

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

59

4.5.2. Bán kính vòng chia…………………………………………………...

60

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

60

4.5.4. Đ

ng kính trục CAM…………………………………………............

62

4.6. Các b ớc thi t k h th ng CAM……………………………………...

62

CH

NG 5: B

TRUY N TR C VÍT - BÁNH VÍT KI U ROLLER

CAM.................................................................................................................

65

5.1. Nguyên lý c a b truy n……………………………………….............

65

5.2. Đặc đi m và ng d ng………………………………………………….

65

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

65

5.2.2.

ng dụng………………………………………………………………

66

5.3. Phân lo i…………………………………………………………….......

66

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

66

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

67

5.4. Thông s thi t k c b n c a b truy n……………………………….

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 th i gian………………………………………………….........

70

5.4.5. Xây dựng biểu đồ th i gian và xác định vị trí c a rãnh then ……….....

71

5.4.6. Đ

72

ng cong CAM…………………………………………………......

5.5. Xác đ nh ph

ng pháp xơy dựng b mặt CAM…………………........

81

5.5.1. Bề mặt hình học c a CAM Globoidal……………………………........

81

ix


5.5.2. Xây dựng công th c toán học cho bề mặt biên dạng CAM…………...

82

5.6. Ph

ng pháp thi t k tr c vít - bánh vít ki u Roller CAM.................

87

5.6.1. Xác định các thông số hoạt động c a bộ truyền.....................................

88

5.6.2. Tính toán thông số c a bộ truyền...........................................................

88

5.6.3. Xây dựng ph ơng pháp giải ph ơng trình đ

ng cong.........................

94

5.6.3.1. Lựa chọn ph ơng pháp........................................................................

94

5.6.3.2. Tính toán khoảng đ

95

ng cong d ới dạng tham số..............................

5.6.3.3. Mô hình hóa tham số đ
CH

NG 6:

ng cong trên Creo Parametric.....................

NG D NG THI T K

B

99

TRUY N Đ NG TR C

VÍT - BÁNH VÍT KI U ROLLER CAM CHO MÁY ĐịNG GịI.......... 105
6.1. Thông s thi t k ...............................…………………………………... 105
6.2. Tính toán các thông s c a b truy n……………………………….... 106
6.3. Mô hình hóa tham s đ

ng cong……………...................................... 107

6.4. Quy trình công ngh gia công CAM......................................................

122

6.4.1. Phân tích ch c năng làm việc c a chi tiết..............................................

122

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

123

6.4.3. Lập th tự các nguyên công...................................................................

124

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

124

NG 7: K T LU N VÀ KI N NGH ……………………………... 137

7.1. K t lu n…………………………………………………………………

137

7.2. Ki n ngh ………………………………………………………………..

137

TÀI LI U THAM KH O.............................................................................. 138
PH L C........................................................................................................

x

143


DANH M C T
T vi t t t

VI T T T

Gi i thích nghĩa

Tên ti ng vi t
-Đ

MS

- Modified Sine Curve

MCV

- Modified Constant Velocity - Đ

Curve

ng cong hình sin biến đổi
ng cong vận tốc biến đổi liên

tục

MT

- Modified Trapezoid Curve

-Đ

ng cong hình thang biến đổi

TR

- Trapecloid Curve

-Đ

ng 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 c a 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 đ ợc tạo hình bằng mặt côn……………………………

7

Hình 2.8. Trục vít đ ợc tạo hình bằng mặt CAM…………………………......

8

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

8

Hình 2.10. Gia công 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. Thông số hình học c a CAM Globoidal..........................................

14

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

16

Hình 3.2. Ph ơng chiều vận tốc tr ợt vs............................................................

20

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

21

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

22

Hình 3.5. Sơ đồ tính toán 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 xoáy 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 côn dạng chậu................................

45

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

46

Hình 3.19. Các ph ơng 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 c a cần...........................................................

51

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

52

Hình 4.4. Các dạng chuyển động c a cần..........................................................

52

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

52

Hình 4.6. Dạng chuyển động c a CAM.............................................................

53

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

54

Hình 4.8. Đ

ng cong vận tốc không đổi..........................................................

55

Hình 4.9. Đ

ng cong gia tốc không đổi...........................................................

56

Hình 4.10. Đồ thị chuyển vị c a đ
Hình 4.11. Đ

ng cong gia tốc không đổi………….......

56

ng cong điều hòa.......................................................................

57

Hình 4.12. Đồ thị chuyển vị c a đ
Hình 4.13. Đ

ng cong điều hòa......................................

57

ng cong Cycloit.........................................................................

58

Hình 4.14. Đồ thị chuyển vị c a đ

ng 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 toán cho bán kính cong............................................................

61

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

64

xiii


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

65

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

67

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

67

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

68

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

69

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

70

Hình 5.7. H ớng xoắn c a CAM……………………………………………...

71

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

72

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

72

Hình 5.10. Biểu đồ S, A, V, J c a đ

ng cong hình sin biến đổi...…………...

74

Hình 5.11. Biểu đồ S, A, V, J c a đ

ng cong vận tốc biến đổi liên tục..........

75

Hình 5.12. Biểu đồ S, A, V, J c a đ

ng cong hình thang biến đổi...………...

77

Hình 5.13. Biểu đồ S, A, V, J c a đ

ng cong hình thang……………………

79

ng 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 c a Roller CAM………………………………………..

84

Hình 5.18. H ớng quay c a CAM…………………………………………….

86

Hình 5.19. Xác định góc quay c a CAM và cần………………………………

87

Hình 5.20. Thông số cơ bản c a bộ truyền……………………………………

87

Hình 5.21. CAM đơn dừng với 1 và 2 đ

ng dẫn…………………………….

89

ng cong hình sin biến đổi……………………………………..

90

Hình 5.14. Đ

Hình 5.22. Đ

Hình 5.23. Sơ đồ giải thuật thiết kế các thông số cơ bản c a bộ truyền trục vít
- bánh vít CAM………………………………………………………………...
Hình 5.24. Các đ

ng cong 1L, 2L, 2R, 3R và đ

93

ng cong dừng c a 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 đ

ng 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 mô hình hóa đ

ng cong CAM trên phần

mềm Creo Parametric 3.0……………………………………………………...

104

Hình 6.1. Thông số cơ bản…………………………………………………….

105

Hình 6.2. Kh i động ch ơng 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. Đ

109

ng cong CAM đầu tiên cho khoảng th nhất…………………..

Hình 6.6. Tập hợp đ

ng cong CAM trong đoạn th nhất…………………....

109

Hình 6.7. Tập hợp đ

ng cong CAM trong đoạn th hai……………………..

110

Hình 6.8. Tập hợp đ

ng cong CAM trong đoạn th ba……………………...

110

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

111

Hình 6.10. Đ

ng cong 2L……………………………………………………

111

Hình 6.11. Đ

ng cong 2R……………………………………………………

112

Hình 6.12. Đ

ng cong 3R……………………………………………………

112

Hình 6.13. Đ

ng cong dừng trái (SL)………………………………………..

113

Hình 6.14. Đ

ng cong dừng phải (SR)………………………………………

113

Hình 6.15. Đ

ng cong CAM hoàn thiện……………………………………..

114

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

114

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

115

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

115

Hình 6.19. Merge surface hoàn 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 c a 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 hoàn chỉnh………………………………………. 122
Hình 6.33. Định vi nguyên công 1.....................................................................

124

Hình 6.34. Định vị nguyên công 2.....................................................................

125

Hình 6.35. Định vị nguyên công 3.....................................................................

126

Hình 6.36. Định vị nguyên công 4.....................................................................

126

Hình 6.37. Định vị nguyên công 5.....................................................................

126

Hình 6.38. Đồ gá nguyên công 5.......................................................................

128

Hình 6.39. Chọn gốc phôi.................................................................................

128

Hình 6.40. Chọn ph ơng gia công.....................................................................

129

Hình 6.41. Chọn máy gia công..........................................................................

129

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

130

Hình 6.45. Thiết lập thông số cho dao số 2........................................................ 131
Hình 6.46. Khai báo mặt gia công.....................................................................

131

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

132

Hình 6.48. Chọn ch ơng trình gia công.............................................................

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 công...............................................................

132

Hình 6.52. Hình ảnh kết thúc gia công.............................................................

134

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

134

Hình 6.54. Công nghệ quét 3D..........................................................................

136

xvii


DANH SÁCH CÁC B NG
Trang
B ng 3.1. Cấp chính xác bộ truyền trục vít phụ thuộc vào vận tốc tr ợt vs.........

20

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

23

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

24

B ng 3.4.

ng suất tiếp xúc cho phép c a bánh vít bằng đồng thanh không

thiếc và gang.........................................................................................................

24

B ng 3.5. Hệ số t ơng đ ơng cho các điều kiện tải đặc tr ng c a bánh vít........

26

B ng 3.6. Hệ số hao mòn vật liệu tính đến Cv.....................................................

26

B ng 3.7. Trị số tiêu chuẩn c a aw.......................................................................

28

B ng 3.8. Giá trị tiêu chuẩn c a q........................................................................

29

B ng 3.9. Giá trị tiêu chuẩn c a m.......................................................................
ng X trong chế độ chạy rà...........................................

29
31

B ng 3.11. Trị số c a hệ số tải trọng động KHv....................................................

31

B ng 3.12. Hệ số biến dạng c a trục vít θ............................................................

31

B ng 3.13. Trị số dạng răng YF............................................................................

33

B ng 3.10. Hệ số ảnh h

B ng 3.14. Chiều dài phần cắt ren c a trục vít..................................................... 34
B ng 3.15. Các ph ơng án cắt răng trục vít và bánh vít......................................

41

B ng 3.16. L ợng d mài trục vít hình trụ (l ợng d một phía).........................

46

B ng 5.1. Đặc tính đ

80

ng cong CAM..................................................................

xviii


Ch

ng 1

Đ U

M

Bộ truyền trục vít là một trong các bộ truyền đ ợc sử dụng rộng rãi trong các
thiết bị công nghiệp nói chung và ngành cơ khí nói riêng. Với những u điểm: kích
th ớc nhỏ gọn, khả năng tải lớn, hiệu suất cao và làm việc tin cậy.
Theo th i gian, bộ truyền động trục vít đư có nhiều cải tiến và gần đây đư đạt
đ ợc nhiều thành tựu đáng kể với các bộ truyền nh bộ truyền trục bánh vít lõm, bộ
truyền trục vít - bánh vít CAM nh những u điểm nổi bật nh :
- Cấu trúc vững chắc và khả năng mang tải cao.
- Khe h 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.
Nh vậy mà bộ truyền trục vít, bánh vít CAM đ ợc ng 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 nh trong các máy CNC hiện nay.
1.1. Tính c p thi t c a đ tài
Do đây là các bộ truyền mới nên các tài liệu, lý thuyết về tính toán thiết kế
ch a đ ợc công bố rộng rãi và chỉ xuất hiện d ới dạng các thông tin nghiên c u,
khảo sát trên các tạp chí chuyên ngành. Đó là lý do đề tài ―Nghiên c u xây dựng
quy trình thiết kế và công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới (Roller
CAM)‖ đư đ ợc triển khai với các nội dung chính:
- Tổng hợp, hệ thống và trình này ph ơng pháp tính toán thiết kế các bộ
truyền trục vít truyền thống.
- Nghiên c u cơ s lý thuyết c a bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới.
- Đề xuất ph ơng pháp tính toán thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu
mới.

1


-

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

Creo 3.0
-

Các b ớc triển khai gia công bộ truyền trục vít - bánh vít kiểu mới trên máy

CNC.
1.2. ụ nghĩa khoa học và thực ti n c a đ tài

-

Đề xuất đ ợc ph ơng pháp tính toán thiết kế cơ cấu CAM.

-

Xây dựng hệ thống công th c, bảng biểu phục vụ việc tính toán thiết kế.

-

Đề xuất đ ợc quy trình công nghệ chế tạo CAM.

1.3. M c tiêu c a đ tài
-

Xây dựng ph ơng pháp và hệ thống công th c để tính toán thiết kế cơ cấu
CAM Globoidal. Trên cơ s đó đề xuất công nghệ gia công chế tạo CAM trên
máy điều khiển số.

1.4. Đ i t

ng và ph m vi nghiên c u

1.4.1. Đ i t

ng nghiên c u c a đ tài

-

Bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống.

-

Bộ truyền trục vít bánh vít CAM.

1.4.2. Ph m vi nghiên c u
-

Bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống.

-

Bộ truyền kiểu Roller CAM:
+ Globoidal CAM.
+ Đặc tính hình học, cấu tạo, u nh ợc điểm và phạm vi sử dụng.
+ Thông số tính toán thiết kế.
+ Ph ơng pháp gia công trên máy điều khiển số.

1.5. Ph

ng pháp nghiên c u

1.5.1. C s ph
-

ng pháp lu n

Nghiên c u, phân tích tổng hợp lý thuyết, nguyên lý từ đó đ a ra yêu cầu
thiết kế.

1.5.2. Ph

ng pháp nghiên c u c th

2


-

Tổng hợp các tài liệu sách, tạp chí trong và ngoài n ớc, bài báo khoa học và
trên internet để làm ph ơng pháp nghiên c u cụ thể.

1.6. K t c u c a lu n văn
Kết cấu luận văn tốt nghiệp gồm 7 ch ơng:
Ch

ng 1: M đầu

Trình bày tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học, đối tượng, phạm vi và phương pháp
nghiên c u c a đề tài.
Ch

ng 2: Tổng quan

Trình bày về bộ truyền trục vít - bánh vít, các nghiên c u liên quan đến bộ
truyền trục vít - bánh vít và định hướng nghiên c u c a đề tài.
Ch

ng 3: Bộ truyền trục vít bánh vít truyền thống

Trình bày lý thuyết, trình tự tính toán thiết kế và quy trình công nghệ gia công
bộ truyền trục vít - bánh vít truyền thống.
Ch

ng 4: Cơ s 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 toán thiết kế hệ thống CAM
Ch

ng 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, ng
dụng, thông số thiết kế cơ bản và phương pháp xây dựng xây dựng bề mặt CAM
trên phần mềm Creo Parametric
Ch

ng 6:

ng dụng thiết kế bộ truyền động trục vít - bánh vít kiểu Roller

CAM cho máy đóng gói
Trình bày quy trình tính toán thiết kế và công nghệ chế tạo bộ truyền trục vít
bánh vít kiểu Roller CAM, ng dụng trong máy đóng gói.
Ch

ng 7: Kết luận và kiến nghị

Trình bày kết luận, kiến nghị và đề xuất hướng phát triển c a đề tài.

3


Ch

ng 2

T NG QUAN
2.1. Giới thi u b truy n tr c vít ậ bánh vít
2.1.1. Công d ng
Bộ truyền trục vít – bánh vít gọi tắt là bộ truyền trục vít, đ ợc 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. Thông th

ng

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 nh 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 công suất đ ợc truyền từ trục vít
sang bánh vít (hình 2.2).

2.1.2. Phân lo i
- Theo hình d ng mặt chia c a tr c vít, b truy n tr c vít đ

c chia làm ba

lo i:
+ 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 c a trục vít
- Theo hình d ng ren c a tr c vít, b truy n tr c vít đ

c chia làm các lo i

sau:
+ Tr c vít Acsimet: Ký hiệu ZA, có giao truyến giữa mặt ren và mặt phẳng
ch a đ
góc đ

ng tâm trục là đ
ng tâm trục là đ

ng thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng vuông
ng xoắn ốc Acsimet. Trục vít Acsimet đ ợc chế tạo trên

5

máy tiện thông th

ng. Mặt ren th

ng không mài, vì nếu mài cần dùng đá mài có

hình dạng đặc biệt, gia công khó khăn. Vì vậy trục vít Acsimet th

ng đ ợc dùng

trong các bộ truyền có yêu cầu độ rắn trục vít nhỏ hơn 350HB.

Hình 2.4. Trục vít Acsimet [8]
+ Tr c vít Convolute : Ký hiệu ZN, có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng
vuông góc ph ơng ren là đ
vuông góc đ

ng thẳng. Giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng

ng tâm trục là đ

ng xoắn Convolute. Loại trục vít này tuy có tính

công nghệ cao hơn trục vít Acsimet (dùng đ ợc dao hai l ỡi có góc cắt nh nhau để
tiện ren), nh ng cũng cần đá mài đặc biệt để mài, do đó ít dùng.

Hình 2.5. Trục vít Convolute [8]
+ Tr c vít tr thân khai : Kí hiệu ZI, có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng
tiếp tuyến với mặt trụ cơ s là đ

vuông góc với đ

ng thẳng. Giao tuyến c a mặt ren và mặt phẳng

ng tâm trục là đ

ng xoắn thân khai. Trục vít thân khai có thể

mài bằng đá mài dẹt, do đó đ ợc dùng khi có yêu cầu độ c ng trục vít lõm lớn hơn
45HRC.

6


Hình 2.6. Trục vít trụ thân khai [8]
+ Tr c vít tr đ

c t o hình bằng mặt côn: Kí hiệu ZK, t ơng tự trục vít

thân khai nó cũng có giao tuyến giữa mặt ren và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ
cơ s là đ

ng thẳng. Giao tuyến c a mặt ren và mặt phẳng vuông góc với đ

tâm trục là thân khai.

ng

dạng này dụng cụ cắt có dạng hình thang nh ng profile

răng c a trục vít là mặt lồi trong mặt cắt ngang và lõm trong mặt cắt dọc.
Nếu gia công trục vít không 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


+ Tr c vít đ

c t o hình bằng mặt CAM:

Hình 2.8. Trục vít được tạo hình bằng mặt CAM
Đây là dạng trục vít bánh vít kiểu mới th

ng đ ợc sử dụng trong các cơ cấu

phân độ gián đoạn, băng tải gián đoạn cũng nh trong các máy CNC…Bề mặt tạo
hình c a trục vít này dựa trên bề mặt CAM không gian (CAM thùng) dạng trụ hoặc
gloiboid. Trong đó CAM đóng vai trò là trục vít và bánh vít là các turret có gắn các
con lăn (roller) nh nhìn thấy trên hình 2.3c. Truyền động c a CAM và turret thông
qua rãnh CAM đ ợc tạo nên từ các đ

ng cong cơ s trong CAM và các con lăn bị

dẫn.
- Theo s m i ren trên tr c vít, b truy n tr c vít chia ra hai lo i:

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
tr

ng 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, d ới, ngang so với bánh vít hoặc thẳng đ ng.

2.1.3.

u nh

c đi m c a b truy n

u điểm:
- Với b truy n tr c vít bánh vít th

ng

+ Tỷ số truyền lớn.
+ Làm việc êm và không ồn.
+ Có khả năng tự hưm và có độ chính xác động học cao.
- Với b truy n tr c vít bánh vít CAM
+ Khe h 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.
Nh ợc điểm:
- Với b truy n tr c vít bánh vít th

ng

+ Hiệu suất thấp, sinh nhiệt nhiều do có vận tốc tr ợt 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 b truy n tr c vít bánh vít CAM
+ Chế tạo ph c tạp.
2.1.4. Ph m vi sử d ng
Bộ truyền trục vít th

ng do có hiệu suất thấp (khoảng 70÷80%) nên chỉ sử dụng

cho phạm vi công suất bé và trung bình (P < 60kW), rất hiếm khi đến 200kW. Do
tỷ số truyền lớn nên bộ truyền trục vít đ ợc sử dụng rộng rưi trong các cơ cấu phân
độ. Vì có khả năng tự hãm nên bộ truyền trục vít đ ợc sử dụng khá phổ biến trong

9

các máy nâng nh cần trục, t i. Tỷ số truyền bộ truyền trục vít một cấp nằm trong
khoảng từ 8 ÷ 63 có khi đến 80. Trong một số tr

ng hợp dùng bộ truyền hai cấp, tỷ

số truyền có thể đến 1000. Khi thiết kế hệ thống truyền động bao gồm các cặp bộ
truyền bánh răng và trục vít thì nên bố trí trục vít

cấp nhanh, vì nh thế răng vận

tốc vòng trục vít, tạo điều kiện thuận lợi để hình thành lớp dầu bôi trơn trong mối ăn
khớp và giảm ma sát. Để tránh quá nhiệt trong quá trình làm việc nên sử dụng bộ
truyền trục vít trong hệ thống truyền động theo chu kì (không liên tục) nh : dùng
trong các máy nâng chuyển, máy cắt kim loại, ô tô…
Bộ truyền trục vít CAM th

ng đ ợc sử dụng trong các cơ cấu phân độ gián

đoạn, băng tải… truyền động với tốc độ và độ chính xác cao, làm việc êm, ít va đập.
2.2. Các nghiên c u liên quan đ n đ tài
2.2.1. Các nghiên c u trong n ớc
Bài báo ―Tính toán và phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc hai cấp trục
vít – bánh răng” [6] trình bày ph ơng pháp phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm
tốc hai cấp trục vít - bánh răng, dựa theo điều kiện không đổi c a mômen xoắn trên
trục bánh vít và độ bền đều tiếp xúc c a các bộ truyền.
Bài báo đư thiết lập đ ợc công th c giải tích để phân phối tỷ số truyền trong hộp
giảm tốc hai cấp trục vít – bánh răng. Công th c này không những cho phép xác
định nhanh chóng và chính xác tỷ số truyền c a các cấp u1, u2 theo tỷ số truyền
chung uh, mà còn tạo điều kiện thuận lợi để lập trình tự động tính toán thiết kế.

Kết quả c a bài báo có thể dùng để tính toán phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm
tốc hai cấp trục vít – bánh răng, làm cơ s khoa học trong việc phân phối tỷ số
truyền cho các loại hộp giảm tốc khác và dùng làm tài liệu tham khảo khi nghiên
c u, cũng nh giảng dạy và học tập.
- Có thể tìm thấy ph ơng pháp tái tạo quy luật chuyển vị c a cần từ tập hợp các
điểm đo số hóa c a biên dạng CAM phẳng, ng dụng cho cơ cấu CAM cần lắc đáy
lăn [7]. Xuất phát từ quan hệ tiếp xúc CAM-cần, tác giả xây dựng hệ ph ơng trình
liên hệ giữa chuyển vị góc c a cần lắc và góc vị trí c a CAM. Khi giải hệ ph ơng
trình nói trên nhằm tái tạo quy luật chuyển vị c a cần lắc, cần biết ph ơng trình mô

10


tả biên dạng CAM. Để xây dựng ph ơng trình biên dạng CAM từ tập hợp các điểm
đo số hóa, tác giả sử dụng đ

ng cong B-Splines đều và ph ơng pháp bình ph ơng

tối thiểu. Thuật toán và ch ơng trình tính toán cho phép tái tạo nhanh biên dạng
CAM, từ đó dễ dàng tái tạo quy luật chuyển vị c a cần từ tập hợp các điểm đo số
hóa trên biên dạng CAM. Trên cơ s đó có thể kiểm tra độ chính xác c a biên dạng
CAM phẳng sau khi gia công. Bên cạnh đó, thuật toán đề nghị cũng cho phép giải
bài toán phân tích động học cơ cấu CAM khi cho tr ớc tập hợp các điểm r i rạc
trên biên dạng CAM.
- Đề tài “Nghiên c u chế tạo bộ truyền trục vít – bánh vít trên máy CNC” [8]
đ ợc thực hiện với mục đích đáp ng phụ tùng thay thế trong n ớc và phục vụ cho
công tác đào tạo trong các tr

ng kỹ thuật. Góp phần xây dựng trình tự tính toán

thiết kế và công nghệ gia công bộ truyền trục vít – bánh vít. Bằng cách ng dụng
phần mềm Inventor 2010 cho phần thiết kế, Master CAM X5 cho phần xây dựng
trình tự gia công, mô phỏng gia công và lập ch ơng trình gia công trên máy CNC.
Công việc chế tạo gia công thử nghiệm bộ truyền đ ợc thực hiện trên máy tiện
CNC 3 trục Emco Concept Turn 250 và máy phay CNC 4 trục Emco Concept Mill
155 tại Viện công nghệ Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.

Hình 2.10. Gia công bánh vít – trục vít trên máy CNC [8].
Tuy vậy đề tài vẫn còn một số h ớng cần phát triển thêm nh : sự tiếp xúc giữa
các răng trong quá trình ăn khớp c a bộ truyền, phân tích thiết kế tối u hóa hình
dạng và kích th ớc c a bộ truyền trục vít bánh vít khi gia công nhằm giảm chi phí
chế tạo thử và thiết kế chế tạo bộ truyền trục vít có nhiều đâu mối.

11


- Đề tài “Tính toán thiết kế cơ cấu CAM không gian trên máy tính” [9] đề cập
đến sự cần thiết trong ng dụng máy tính vào công việc tính toán thiết kế nói chung
và cơ cấu CAM không gian nói riêng. Giới thiệu về cách phân loại về kết cấu c a
các bộ phận CAM không gian th

ng gặp. Từ đó áp dụng ph ơng pháp giải tích để

thiết lập các ph ơng trình biên dạng, các thông số hình học, công th c tính lực và
các kích th ớc liên quan c a CAM. Cuối cùng tác giả sử dụng ngôn ngữ lập trình
Pascal vào việc xây dựng quy trình tính toán, thiết kế.
Đề tài có u điểm là rút ngắn rất nhiều th i gian tính toán và nâng cao m c độ
chính xác so với việc tính toán bằng tay. Không những thế biên dạng CAM đ ợc vẽ
ra dựa trên cơ s tính toán tọa độ theo các biểu th c toán học. Nh ợc điểm là do đề
tài đư đ ợc thực hiện khá lâu do vậy ngôn ngữ đư không còn phù hợp với sự phát

triển.
2.2.2. Các nghiên c u ngoƠi n ớc
- Bài báo “Design and Analysis of Globoidal CAM Index Drive” [15] nêu lên
các vấn đề cần phải đối mặt với các nhà sản xuất bộ chia độ trong các quyết định
lựa chọn một trong ba đ
liên tục, đ

ng cong cơ bản c a CAM là đ

ng cong hình sin biến đổi, đ

và phân tích chuyển động c a đ
và tốc độ cao thì sử dụng đ
độ cao thì sử dụng đ

ng cong vận tốc biến đổi

ng cong hình thang biến đổi. Từ kết quả

ng cong, quan sát thấy rằng đối với tải trọng cao

ng cong hình thang biến đổi là phù hợp, tải thấp và tốc

ng cong hình sin biến đổi là sự lựa chọn tốt nhất và các điều

kiện tải cao và tốc độ thấp thì sử dụng đ

ng cong vận tốc không đổi biến đổi là

thích hợp hơn. Đối với các sự kết hợp khác thì đ

ng cong hình sin biến đổi cho kết

quả tốt hơn.
- Thực hiện mô hình hóa CAM Gloiboidal lõm với cơ cấu con lăn cần lắc [16] .
Bằng cách nêu ra các ph ơng pháp xây dựng bề mặt làm việc c a cơ cấu CAM
Globoidal nh : ph ơng pháp toán học, ph ơng pháp tạo bề mặt thông qua mặt
pitch, ph ơng pháp ―giả‖ gia công. Kiểm tra các ph ơng pháp thông qua hàm toán
học cũng nh thực hiện mô hình hóa bằng phần mềm Pro/E 2.0. Tuy vậy tác giả
mới thực hiện ph ơng pháp này trên một phần mềm nên ch a có sự so sánh, kiểm

12


tra, và việc tạo cơ cấu bằng phần mềm này cũng mất rất nhiều th i gian từ khâu viết
mư nhúng cho đến khâu thiết kế hoàn chỉnh.

Hình 2.11. CAM Globoidal [16]
- Đề cập đến vấn đề phân tích và thiết kế bộ chia độ CAM Globoidal bài báo
―Analysis and Design of the Globoidal Indexing CAM Mechanism” [17] Tác giả đi
từ công việc thiết kế và phân tích bề mặt contour c a CAM chia độ Globoidal với
sự trợ giúp c a máy tính sau đó thiết kế tối u theo yêu cầu c a động lực học. Cuối
cùng, thảo luận về các vấn đề về góc áp lực c a CAM Globoidal.

Hình 2.12. Bộ truyền CAM chia độ Globoidal [17]
Qua nghiên c u tác giả thấy rằng mặc dù các góc áp lực danh nghĩa và góc áp
lực t ơng đ ơng đ ợc xem xét từ các quan điểm khác nhau, nguyên nhân là để đơn
giản hóa việc tính toán sau này là để phản ánh điều kiện thực tế c a lực tác dụng
trên các đ

ng tiếp xúc, nh ng sự khác biệt giữa các ph ơng pháp tính toán là rất ít

13