Thiết kế, mô phỏng và chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
BỘ KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU RĂNG CẦU

NGUYỄN THỊ HẢI

THÁI NGUYÊN, NĂM 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
BỘ KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU RĂNG CẦU

Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số:
Học viên: NGUYỄN THỊ HẢI
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. HOÀNG VỊ

THÁI NGUYÊN, NĂM 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi tổng hợp và
nghiên cứu dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của TS. Hoàng Vị và chƣa từng đƣợc
công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.
Người thực hiện

Nguyễn Thị Hải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CẢM ƠN
Bằng tất cả sự kính trọng và chân thành tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc
tới TS. Hoàng Vị- ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình nghiên
cứu và hoàn thành luận văn này.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp, Ban chủ nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học, Ban lãnh đạo
Trung tâm dạy nghề thị xã Sông Công đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Tôi xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ
tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

Xin trân trọng cảm ơn!

Tác giả

Nguyễn Thị Hải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




MỤC LỤC
Nội dung

Trang

Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các hình vẽ, ảnh chụp
Phần mở đầu

1

1.

Tính cấp thiết của đề tài

1

2.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1

3.

Phƣơng pháp nghiên cứu

2

4.

Nội dung nghiên cứu

2

5.

Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài

2

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU RĂNG CẦU
1.1. Sự hình thành cơ cấu bánh răng cầu

3
4

1.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai

4

1.1.2. Sự hình thành bánh răng cầu vành răng cầu thân khai

5

1.2. Đặc điểm kết cấu và lắp ghép của cơ cấu bánh răng cầu

7

1.3. Đặc điểm truyền động của cơ cấu bánh răng cầu

8

1.4. Điều kiện ăn khớp đúng của cơ cấu bánh răng cầu

8

1.5. Điều kiện truyền động liên tục của cơ cấu bánh răng cầu

9

1.6. Phƣơng trình tham số biên dạng răng ∑1 của bánh răng thứ nhất

9

1.7. Phân tích động học của bánh răng cầu

14

1.7.1. Mô hình toán học chuyển động của cơ cấu bánh răng cầu

14

1.7.2. Phân tích động học của bánh răng cầu

15

1.8. Kết luận.

18

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU
RĂNG CẦU
2.1. Hƣớng dẫn vẽ biên dạng thân khai theo tham số
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



20
20


2.2. Thiết kế bánh rƣng cầu theo biên dạng thân khai đã vẽ

38

2.2.1. Thiết kế bánh răng cầu số 1

38

2.2.2. Thiết kế bánh răng cầu số 2

39

CHƢƠNG 3. CHẾ TẠO KHỚP NỐI MỀM DÙNG CƠ CẤU RĂNG CẦU

42

3.1. Tính toán, thiết kế cơ cấu

42

3.1.1. Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu

42

3.1.2. Hình học của cơ cấu

43

3.2. Các giải pháp chế tạo răng cầu

44

3.2.1. Phƣơng pháp chép hình

44

3.2.2. Phƣơng pháp bao hình

46

3.2.3. Phân tích lựa chọn phƣơng pháp

50

3.3. Thiết kế, chế tạo dao tiện

51

3.3.1. Những vấn đề cơ bản về tiện chép hình

51

3.3.2. Thiết kế dao tiện chép hình mô đun m = 3, Ztđ = 25

52

3.3.3. Chế tạo dao tiện

61

3.4. Chế tạo thực nghiệm

61

3.4.1. Gá dao

61

3.4.2. Phôi

62

3.4.3. Chế độ cắt khi tiện trên máy CNC

63

3.5. Nhận định kết quả

66

3.5.1. Thuận lợi

66

3.5.2. Khó khăn

66

CHƢƠNG 4. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

68

4.1. Kết quả nghiên cứu

68

4.2. Hƣớng phát triển của đề tài

68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

69




DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TT

Hình
vẽ số

Tên hì nh

Trang

1

1.1

Cơ cấu răng cầu

3

2

1.2

Cơ cấu răng cầu vành răng thân khai.

4

3

1.3

Sự hình thành bề mặt răng thân khai

4

4

1.4

Sự hình thành cơ cấu răng cầu vành răng thân khai

6

5

1.5

Sơ đồ lắp ghép của cơ cấu răng cầu

7

6

1.6

Mặt nón ăn khớp của cơ cấu răng cầu

7

7

1.7

8

1.8

Hệ trục toạ độ của cơ cấu răng cầu

12

9

1.9

Phép quay của hai hệ trục toạ độ quanh trục

15

10

1.10

Mối quan hệ của góc quay và toạ độ trong.

16

11

2.1

Bản vẽ lắp bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu

41

12

3.1

Biên dạng bánh răng thân khai.

42

13

3.2a

Cơ cấu răng cầu lồi

43

14

3.2b

Cơ cấu răng cầu lõm

43

15

3.3

Sơ đồ tiện chép hình cơ cấu răng cầu.

44

16

3.4

Sơ đồ phay chép hình cơ cấu răng cầu.

45

17

3.5

Sơ đồ tiện bao hình cơ cấu răng cầu

46

18

3.6a

19

3.6b

Mô hình tiện bao hình cơ cấu răng cầu (dạng solid).

47

20

3.7

Sơ đồ phay bao hình cơ cấu răng cầu.

48

21

3.8a

22

3.8b

Hệ trục tọa độ của bánh răng cầu vành răng thân
khai

Mô hình tiện bao hình cơ cấu răng cầu (dạng wide
frame).

Mô hình phay bao hình cơ cấu răng cầu (dạng
wide frame).
Mô hình phay bao hình cơ cấu răng cầu (dạng
solid).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên



10

47

49

49


23

3.9

Mô hình máy mài cơ cấu răng cầu.

50

24

3.10

Xác định tọa độ phần thân khai của prôfin

54

25

3.11

26

3.12

27

3.13

28

3.14

29

3.15

Phiến tì định vị góc dùng trong quá trình gá dao

62

30

3.16

Phôi sau khi tiện cầu

63

31

3.17

32

3.18

Vị trí vòng cơ sở so với vòng tròn chân răng và
phần hiệu dụng của prôfin
Thiết kế prôfin hiệu dụng của dụng cụ cắt bánh
răng làm việc theo phƣơng pháp chép hình
Mảnh dao tiện chép hình

59
60

Quá trình cắt dây tạo biên dạng phần cắt của dao
tiện định hình

Sự biến thiên của đƣờng kính gia công và tốc độ
trục chính theo thời gian
Mô hình bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

58



61

65
66


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cơ cấu bánh răng là cơ cấu rất phổ biến trong truyền động cơ khí. Các cơ
cấu bánh răng truyền thống (bánh răng trụ, bánh răng côn, trục vít bánh vít, bánh
răng thanh răng) đã được nghiên cứu rất hoàn chỉnh về mặt lý thuyết cũng như

phương pháp chế tạo. Tuy nhiên với các cơ cấu bánh răng truyền thống có độ
cứng vững cao, chế tạo đơn giản nhưng chỉ có 1 hoặc 2 bậc tự do nên khả năng
linh hoạt kém.
Cơ cấu răng cầu được phát minh bởi Pan Cunyun và Shang Jianzhong vào
năm 1990 là cơ cấu răng mới có nhiều bậc tự do, khả năng linh hoạt rất cao do
đó nó có thể truyền chuyển động và truyền lực trong không gian.Về nguyên lí,
cơ cấu có thể hoạt động như một khớp cầu không gian với khả năng truyền động
ăn khớp răng.
Trên thế giới cơ cấu răng cầu được ứng dụng trong các cơ cấu đòi hỏi tính
linh hoạt và độ chính xác cao trong truyền động như khớp cổ tay, cánh tay rôbốt,
máy dẫn đường cho tên lửa, hệ thống điều khiển ăngten vệ tinh, cơ cấu phun
sơn…
Theo các tài liệu công bố gần đây [1]… [7], cơ cấu răng cầu mới chỉ được
nghiên cứu và hoàn thiện về mô hình truyền động, mô hình toán học, cấu trúc
động lực học. Việc thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh cơ cấu răng cầu vẫn chưa
được công bố. Trong các tài liệu nghiên cứu đã được công bố về cơ cấu răng
cầu: tác giả S.-C Yang đưa ra mô hình toán học của răng cầu loại vành răng liên
tục 2 bậc tự do [1]; tác giả Li Ting và Pan Cunyun nghiên cứu về máy mài và
ứng suất tiếp xúc của cơ cấu răng cầu [2]; đặc tính tiếp xúc của cặp bánh răng
cầu là kết quả nghiên cứu của hai tác giả Li-Chi Chao và Chung-Biau Tsay[3].
Các nghiên cứu trên mới chỉ đưa ra mô hình và đặc điểm động học của cơ cấu
răng cầu mà chưa đưa ra thiết kế cụ thể để chế tạo ra cặp truyền động răng cầu.
Từ lý do nêu trên, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu “Thiết kế, mô phỏng và
chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu”.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.1.Ý nghĩa khoa học.
Sự khác biệt cơ bản của cơ cấu răng cầu và bánh răng truyền thống là đường
thân khai cầu của nó. Sự hình thành đường thân khai là cơ sở để hình thành các
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

yếu tố hình học của cơ cấu răng cầu. Tuy vậy, phương trình biên dạng răng của
vành răng cầu thân khai có quan hệ với bánh răng trụ tròn. Qua đó, ta xác định
được các phương trình biên dạng của răng cầu. Nhận thấy rằng bề mặt vành răng
cầu là bề mặt không gian có cấu tạo hình học phức tạp, profile của nó là đường
thân khai phẳng, dựa trên cơ sở này để chế tạo cơ cấu răng cầu. Các nghiên cứu
về răng cầu là chưa hoàn thiện, việc thiết kế và chế tạo răng cầu là rất cần thiết.
Chế tạo răng cầu đạt độ chính xác cao là vấn đề rất lớn mà các nhà khoa học
đang quan tâm nghiên cứu. Vì thế mục tiêu chủ yếu của đề tài là thiết kế và chế
tạo cặp răng cầu đảm bảo độ chính xác yêu cầu.
2.2.Ý nghĩa thực tiễn.
Thiết kế cơ cấu răng cầu làm cơ sở cho việc chế tạo răng cầu có ý nghĩa rất
lớn. Nếu thành công sẽ có thể chế tạo được răng cầu ngay trong nước. Đây là
điều kiện quan trọng để phát triển sản phẩm mới ứng dụng trong kỹ thuật.
3. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu lý thuyết về bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
- Thiết kế bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
- Mô phỏng quá trình chế tạo bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
- Chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
- Kiểm tra độ chính xác.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
5. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài
Chương 1: Tổng quan về cơ cấu răng cầu.
Chương 2: Thiết kế bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.
Chương 3: Chế tạo thử nghiệm bộ khớp nối mềm dùng cơ cấu răng cầu.

Chương 4: Đánh giá kết quả thực nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....