Thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển vị trí động cơ DC dùng cho cơ cấu vit me đai ốc

MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH

1 Nhơm định hình 30x30
Hình 4.2 Ke góc
Hình 4.3 Đai ốc lục giác và tán trượt
Hình 4.4 Gá bắt đai ốc vit me
Hình 4.5 Đai ốc trục vít T8
Hình 4.6 Thanh vit me
Hình 4.7 Gối đỡ vit me Kp
Hình 4.8 Khớp nối trục mềm
Hình 4.9 Bản lắp ghép vit me đai ốc con lăn
Hình 4.10 Con lăn trượt kín SCS10UU
Hình 4.11 Thanh trượt trịn
Hình 4.12 Gối đỡ ray trượt trịn
Hình 4.13 Lắp ghép trượt trịn
Hình 4.14 Tấm Mica
Hình 5.1 Phần mềm Autodesk Inventor Professional 2020
Hình 5.4 Mơ hình 2 trục vit me đai ốc
Hình 5.6 Đo kích thước bố trí mơ hình vit me đai ốc
Hình 5.7 Bản vẽ chi tiết mơ hình vit me đai ốc
Hình 5.8 Tấm gá trên
Hình 5.9 Tấm gá 1


Hình 5.10 Tấm gá dưới
Hình 5.11 Tấm gá 2
Hình 5.12 Gối đỡ thanh trục
Hình 5.13 Gối đỡ trục vit me

Hình 5.14 Gá bắt đai ốc vít me
Hình 5.15 Tấm kê encoder
Hình 5.16 Tấm ke động cơ DC


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay ở tất cả các nhà máy và xí nghiệp cơng nghiệp đều trang bị các hệ
thống tự động hoá ở mức cao. Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng
sản phẩm, nâng cao năng suất lao động , giảm chi phí sản xuất, giải phóng người lao
động ra khỏi những vị trí độc hại… Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi,
giám sát quy trình cơng nghệ thơng qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các
hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các thơng số cơng nghệ nói riêng
và điều khiển tồn bộ quy trình cơng nghệ hoặc tồn bộ xí nghiệp nói chung. Hệ thống
tự động hố đảm bảo cho quy trình cơng nghệ xảy ra trong điều kiện cần thiết và đảm
bảo nhịp độ sản xuất mong muốn của từng cơng đoạn trong quy trình cơng nghệ. Chất
lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí
nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc của các hệ thống tự động hoá này.
Tuy nhiên để vận hành một hệ thống tự động hóa hay bất ký một hệ thống sản xuất nào
khác thì trong hệ thống đó phải có hệ thống điều khiển. Với nhu cầu trên em đã được
giao đề tài “Thiết kế và chế tạo mơ hình điều khiển vị trí động cơ DC dùng cho cơ
cấu vit me - đai ốc”. Để hoàn thành được đề tài này em xin chân thành cảm ơn thầy
TS.Trần Xuân Tiến cùng tồn thể các thầy cơ giáo và các bạn trong trường Đại Học
SPKT Hưng Yên đã giúp đỡ và hướng dẫn em tận tình để hồn thành được đề tài này.
Sinh viên thực hiện
Hoàng Văn Tùng

4


CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

1.1. Lý do chọn đề tài
Trong thời kì hội nhập cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa máy móc thiết bị ngày càng
hiện đại và phức tạp hơn giải phóng sức lao động của con người. Hiện nay, các ngành
kỹ thuật ứng dụng vào các máy móc thiết bị càng ngày càng được nâng cao và phát
triển. Điển hình trong số đó có thể kể đến các máy gia cơng cơ khí cnc. Cơ cấu vitme
đai ốc là bộ phận quan trọng, đóng vai trị khơng thể thiếu trong các loại máy gia công
CNC.
Cơ cấu vitme đai ốc là hệ thống truyền động, được gia công với độ chính xác cao
nhằm tạo ra khả năng biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến theo cơ
chế con vít, bu lơng với những ưu điểm nổi bật, đem lại hiệu quả ứng dụng cao.
Những ưu điểm này mở ra một phạm vi ứng dụng rộng rãi cho cơ cấu vitme đai ốc
trong các ngành cơ khí chế tạo máy, các loại thiết bị máy móc cần có truyền động
thẳng chính xác.
Cơ cấu vitme đai ốc có độ chính xác cao cần một hệ thống điều khiển phải đảm bảo
tính ổn định, độ chính xác, sự chuyển đổi nhịp nhàng của các cơ cấu chấp hành. Thấy
được tầm quan trọng của hệ thống điều khiển và xu hướng phát triển của các ngành cơ
khí chính xác. Em đã chọn đề tài: “Thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển vị trí động
cơ DC dùng cho cơ cấu vit me - đai ốc”
Quá trình học tập trên lớp và rèn luyện trong quá trình thực tập xưởng, em đã
học được những kiến thức cơ bản về cơ khí, điều khiển điện, lập trình, giám sát, đó là
vốn kiến thức - hiểu biết nhất định. Để nâng cao được năng lực kỹ thuật về hệ thống
điều khiển giám sát cơ cấu cơ khí thì việc nghiên cứu đề tài này có tính cấp thiết cho
nhu cầu bản thân và phục vụ cho công việc sau khi ra trường công tác thực tế trong các
công ty, nhà máy.

5


1.2. Giới thiệu đề tài
Động cơ chuyển động quay nhưng ta cũng có thể chuyển thành chuyển động tịnh

tiến nhờ cơ cấu vit-me đai ốc. Khi vit-me quay thì đai ốc sẽ chuyển động tịnh tiến dọc
theo trục vit-me.Trên cơ sở đó ta có thể điều khiển vị trí đai ốc thơng qua điều khiển
góc quay của động cơ.
Việc điều khiển vị trí rất quan trong trong gia cơng cơ khí cắt gọt trong cơng
nghiệp.Ứng dụng trong việc điều khiển các trục của máy CN, CNC, máy in, định vị lỗ
khoan, truyền động cho các bang tải…
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tìm hiểu về cơ cấu vit me – đai ốc
- Lựa chọn linh kiện dùng cho cơ cấu vit me đai ốc
- Thiết kế mơ hình 2 trục vit me – đai ốc trên bản mềm Inventor
- Bản vẽ lắp chi tiết các linh kiện mô hình đề ra
1.4. Giới hạn đề tài
- Thiết kế ngọn gàng sạch sẽ đảm bảo chất lượng mơ hình
- Bản cứng phải đảm bảo an toàn chắc chắn khi vận hành
- Kích thước thiết kế phải tương đối
- Xử lý và bảo quản tốt mơ hình

6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu về trục vít me đai ốc
2.1.1. Nguyên tắc hoạt động.
Trục vít me đai ốc con lăn là một thiết bị truyền động cơ khí tương tự như một vít
me đai ốc bi nhưng sử dụng các con lăn là các yếu tố chuyển tải giữa các đai ốc và vít
thay cho các viên bi. Các con lăn ren thường nhưng cũng có thể được rãnh phụ thuộc
vào loại vít con lăn. Cung cấp các điểm chịu lực nhiều hơn vít me bi trong một khối
lượng nhất định, ốc vít con lăn có thể nhỏ gọn hơn cho một tải trọng nhất định trong
khi cung cấp hiệu quả tương tự (75% - 90%) với tốc độ vừa phải, và duy trì hiệu quả
tương đối cao ở tốc độ cao. Vít con lăn có ưu điểm hơn ốc vít me bi ở các tiêu chí: khả

năng chịu tải động, độ cứng, tốc độ, gia tốc, và tuổi thọ.
Ba yếu tố chính của một vít con lăn điển hình hành tinh là trục vít, đai ốc và con
lăn hành tinh. Các con lăn thường quay xung quanh các ốc vít khi họ quay tương tự
như một hành tinh, do đó được gọi là hành tinh, vệ tinh, con lăn. Đối với đường kính
vít và số lượng các con lăn tương ứng với công suất cao hơn tải trọng tĩnh, nhưng
không nhất thiết phải đến một khả năng chịu tải cao hơn năng động.
Bộ dẫn động trục vít con lăn dùng để biến chuyển động quay thành chuyển động
tịnh tiến, nó được phát minh bởi Illininois Tool Works , Hoa Kỳ. Bộ dẫn động trục vít
con lăn bao gồm: một trục vít me nhiều đầu mối với biên dạng và các con lăn hành
tinh có rãnh, ăn khớp với trục vít.
Trục vít con lăn là một thiết bị cơ khí chính xác để chuyển đổi chuyển động quay
chuyển động tuyến tính, hoặc ngược lại. Do tính phức tạp của nó vít con lăn là một
thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, nhưng có thể phù hợp với độ chính xác cao, tốc
độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao.
Đây là sản phẩm của tương lai, nó được ứng dụng trong những ngành như: Hàng
không vũ trụ, máy công cụ, thiết bị đo lường, các thiết bị truyền động, vũ khí, ép
nhựa….
Carl Bruno Strandgren phát triển hiệu quả một số hình thức đầu tiên của trục vít
con lăn và đã được trao bằng sáng chế Mỹ cho một “Cơ chế trục vít-Threaded” vào
7


năm 1954. William J. Roantree nhận được một bằng sáng chế Hoa Kỳ “Khác biệt giữa
các con lăn” vào năm 1968.
2.1.2. Các ưu điểm của trục vít con lăn ren
Trục vít con lăn là một cơ chế để chuyển đổi mơ-men xoắn quay thành chuyển
động tuyến tính, một cách tương tự như đai ốc vít me hoặc vít me đai ốc bi. Tuy nhiên,
khơng giống như đai ốc hoặc vít me đai ốc bi, ốc vít con lăn có khả năng mang vật
nặng cho hàng ngàn giờ trong điều kiện khó khăn nhất. Điều này làm cho ốc vít con
lăn sự lựa chọn lý tưởng cho các yêu cầu, nhiệm vụ môi trường liên tục. Với một số

đặc điểm nổi bật sau, trục vít con lăn ren sẽ được ứng dụng rông rãi trong tương lai
không xa.
-

Hiệu suất cao.
Độ tin cậy, độ an tồn cao.
Độ chính xác vị trí cao, làm việc ổn định.
Tuổi thọ làm việc lâu dài, ít gây tiếng ồn.
Có thể dùng cho cả ren trái và ren phải.

2.1.3. Phạm vi ứng dụng của trục vít con lăn ren
Vít con lăn hành tinh được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng nhất, đòi hỏi
khắt khe và chính xác yêu cầu chuyển động tuyến tính. Vít con lăn cung cấp một thay
thế hoàn hảo cho các hệ thống thuỷ lực của tải trọng và khả năng chu kỳ. Ví dụ về các
ngành cơng nghiệp và các ứng dụng khác dùng cho vít con lăn hành tinh: trong máy
công cụ (máy ép, máy chuốt, mài, cắt), trong quân sự (vũ khí định vị, cửa kiểm sốt,
xử lý pháo binh…)
Vít con lăn hành tinh được sử dụng phổ biến nhất là thiết bị truyền động cơ chế
trong các thiết bị truyền động cơ điện tuyến tính. Do tính phức tạp của nó nên vít con
lăn là một thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, nhưng có thể phù hợp với độ chính
xác cao, tốc độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao và sử dụng các ứng dụng nặng.

8


Hình 2.1 Phạm vi ứng dụng của trục vit con lăn ren
2.1.4. Tìm hiểu về vít-me và đai ốc bi.
a. Khái niệm :
Cơ cấu vít-me và đai ốc dùng chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành
chuyển động tịnh tiến của đai ốc. Khi động cơ quay thì đai ốc sẽ chuyển động tịnh tiến

dọc theo trục của vít-me.
Vit-me đai ốc thường bao gồm một trục được tiện ren và lắp với một ống được
tiện ren trong sao cho 2 ren nay phải cùng dạng và cùng bước ren với nhau. Hình bên
dưới là một minh họa về ăn khớp giữa trục vít và đai ốc.Cơ cấu này chính là cơ cấu
của bulong và đai ốc.Khi bulong di chuyển thì đai ốc sẽ chuyển động tịnh tiến.
Tiếp xúc giữa bulong và đai ốc là tiếp xúc mặt nên đai ốc sẽ di chuyển tương đối
khó do masat lớn.

Hình 2.2 Vit me đai ốc thường
b. Vít-me và đai ốc bi :
9


-

Để khắc phục hiện tượng trên ta tiện các rãnh của trục vít-me có hình trịn thay
vì hình thang hoặc tam giác và những rãnh này sẽ được đặt vào những viên bi
sắt. Mối ghép vít me bi và đai ốc là những đường được lắp đầy bởi những viên
bi thép. Khi trục vít xoay, những viên bi cuộn trịn trong mối ren của trục vít và
đai ốc.

Hình 2.3 Ngun lý vit me bi
-

Điều này nhằm giảm ma sát của chúng. Bởi vì các viên bi cuối cùng sẻ rơi ra
ngồi, nên đai óc có 1 đường ống dẫn về để vét những viên bi khỏi rãnh của

-

trục vít và đưa chúng trở lại phần đầu của đường bi ở phía cuối của đai ốc.

Lực đẩy của đai óc thì khơng nặng nề nhờ những viên bi cuộn trịn, hơn là
trượt.
Hầu hết chúng cũng cần 1 tí chổ trống để chắc rằng dầu có thể vào, hoặc giả có
sự cố kẹt bi trong các rãnh

c. Khả năng làm viêc :
-

Do được thay chuyển động trượt thành chuyển động quay tròn của các viên bi
nên masat được giảm đáng kể do đó chuyển động giữa trục vít-me và đai ốc sẽ

-

rất nhẹ nhàng
Cũng do masat ít nên trục vít-me bi có tuổi thọ cao hơn vít-me thường đồng
thời việc truyền động sẽ trở nên chính xác hơn do khử được độ rơ giữa vít-me
và đai ốc.

10


d. Một số hình ảnh về trục vít con lăn ren của hãng SKF :

Hình 2.4 Trục vít con lăn hành tinh

Hình 2.5 Trục vít con lăn tuần hồn

11

2.2. So sánh giữa trục vít con lăn ren và vít me đai ốc bi

Hình 2.6 So sánh trục vít con lăn và đai ốc
Vít con lăn chuyển đổi mơ-men xoắn quay thành chuyển động tuyến tính, tương
tự như ốc vít me hoặc vít me đai ốc bi. Với But roller screws can turn considerably
faster and cycle more frequently than both acme and ball screws, making them an ideal
fit for demanding, continuous-duty applications.Similarly sized roller screws are more
efficient than acme screws and can carry larger loads than ball screws, handling loads
up to 779,000 lbf.Vít con lăn kích thước tương tự nhưng có hiệu quả hơn so với các
ốc vít me và có thể mang tải trọng lớn hơn so với vít me đai ốc bi, có thể chịu được tải
trọng lớn hơn rất nhiều. The difference in performance is due to the design for
transmitting forces.Sự khác biệt trong hoạt động là do thiết kế để truyền lực. The
number of contact points in a ball screw is limited by the ball size.Số lượng các điểm
tiếp xúc trong một vít me đai ốc bi được giới hạn bởi kích thước bi. In roller screw
systems, multiple threaded rollers are assembled in a planetary arrangement around a
threaded shaft, which converts a motor's rotary motion into linear movement of a shaft
or nut.Trong các hệ thống vít con lăn, con lăn được lắp ráp trong một sắp xếp hành
tinh xung quanh một trục vít, chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển
động tuyến tính của một trục. The rollers feature radiused flanks that deliver point
contact, similar to balls on a raceway, with only the radius near the point of contact
included as part of the profile. Các con lăn tiếp xúc điểm, tương tự như bi trên vịng ổ
lăn với bán kính gần điểm tiếp xúc. This design allows a larger radius with additional
contact points to fit into the existing space, lowering the stresses within the system and
lengthening its functional life.Bởi vì số lượng các điểm tiếp xúc lớn, ốc vít con lăn có
khả năng mang tải cao, cũng như độ cứng được cải thiện. This typically means that a
12


roller screw actuator takes up less space in order to meet a designer’s load requirement
than a similarly sized ball screw. Điều này có nghĩa rằng một thiết bị truyền động trục

vít con lăn chiếm khơng gian ít hơn để đáp ứng yêu cầu tải của một thiết kế hơn một
vít me đai ốc bi kích thước tương tự.
Trong trục vít me đai ốc bi, tải được truyền từ đai ốc thông qua các viên bi
chuyển động hồi trong rãnh. Đường kính viên bi được giới hạn xấp xỉ bằng 70% độ
sâu của đai ốc. Vì vậy điểm tiếp xúc nhỏ.
Vít me là một phần dẫn động cuối cùng của truyền động chạy dao trong phần lớn
các máy điều khiển số, do vậy cần được sử dụng các vít me có độ chính xác cao, chịu
mịn, và đảm bảo cứng vững. Loại cơ cấu vít me – đai ốc bi có tiếp xúc giữa vít me và
đai ốc và đai ốc là tiếp xúc lăn nên có thể coi ma sát không đáng kể và đáp ứng được
các yêu cầu làm việc kể trên.
Cả vít me và đai ốc đều có profil ren dạng cung trịn được gia cơng chính xác để
dẫn bi. Các rãnh dẫn bi chạy theo đường ren và vòng trở lại theo một đường dẫn bên
trong của đai ốc bi. Rãnh của vít me và đai ốc được chế tạo có hình dạng cung nửa
vịng trịn bán kính r1 và r2, tỉ số r1/ r2 chọn từ (0.95÷ 0,97), với r1: bán kính bi , r2: bán
kính của rãnh đai ốc. Khe hở đường kính chọn sao cho góc tiếp xúc 450 .
Trong vít con lăn, tải được truyền từ đai ốc thông qua bề mặt của tất cả các con
lăn tham gia. Đường kính của mặt tiếp xúc gia tăng đáng kể số điểm tiếp xúc
Ngoài ra, với những đặc điểm mà vít me đai ốc bi khơng có như:
- Khả năng chịu tải cao trong thời gian dài
- Số vòng quay rất cao
- Khả năng tăng tốc và giảm tốc độ rất nhanh
- Tuổi thọ cao, độ tin cậy cao
- Khả năng chống lại điều kiện khó khăn, khắc nghiệt của mơi trường
- Có khả năng chịu được tải đột ngột
2.3. Nguyên lý của trục vít con lăn hành tinh

13


Hình 2.7 Cấu tạo của trục vít con lăn hành trình

Các bánh răng con lăn trên các vành răng trong (4) tại mỗi đầu của con lăn. Bánh
răng vòng được lắp ráp và cố định bằng chi tiết (5). Đầu con lăn hình trụ được đưa vào
vịng đệm (6). Và được cố định nhờ vòng lò xo (7). Để đạt được tải trước, một miếng
đệm điều chỉnh (8) được đặt giữa hai nửa khớp nối.
a. Các đặc điểm của trục vít con lăn hành tinh:
- Nhiều bề mặt tiếp xúc với nhau ( Các con lăn và trục vít, con lăn và đai ốc): khả
năng mang tải cao, tuổi thọ lâu dài.
- Khơng có tuần hồn và khơng có sự tiếp xúc giữa các con lăn với nhau: tốc độ
quay cao, khả năng chịu tải động và đột ngột lớn.
- Trục dẫn: Khơng có mất mát momen xoắn khi thay đổi hướng, chạy êm.
- Thời gian làm việc của bộ dẫn động rất tin cậy và an tồn, có khả năng làm việc
tốt trong mơi trường bụi bẩn, ít được bôi trơn.
b. Một số ứng dụng tiêu biểu của trục vít con lăn hành tinh:
Do trục vít con lăn có khả năng chịu tải nặng trong thời gian dài ở điều kiện khó
khăn nhất nên ốc vít con lăn 5R/BR/TR/PR hành tinh thích hợp cho các ứng dụng địi
hỏi khắt khe nhất. Trục vít me con lăn có thể chịu được tải trọng va đập và cơ chế thời
gian đảm bảo độ tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt.
14


c. Những lợi thế khi sử dụng vít con lăn trong những điều kiện khó khăn nhất
trong thời gian dài:
- Khả năng vận chuyển lớn
- Tuổi thọ cao
- Tốc độ quay rất lớn
- Thời gian cho phép tăng tốc cao
- Chịu được va đập đột ngột
- Hoạt động được trong những điều kiện khắc nghiệt như; bụi bẩn,…

CHƯƠNG 3: NHỮNG KIẾN NGHỊ LỰA CHỌN

3.1. Đánh giá cơ bản và khả năng chịu tải
Để lựa chọn tốt nhất một trục vít con lăn, các nhà thiết kế phải xác định các
thông số quan trọng là: Tải, tốc độ quay, tỷ lệ gia tốc và giảm tốc độ, chu kỳ làm việc,
độ chính xác, độ cứng của các chi tiết, mơi trường và một số yêu cầu đặc biệt tùy
thuộc vào yêu cầu sử dụng.
Đánh giá tải trọng động cơ bản (Ca) được sử dụng để tính tốn tuổi thọ làm việc
của các con lăn. Tuổi thọ làm việc danh nghĩa (L10) của một trục vít con lăn là số
vịng quay (hoặc số lượng giờ làm việc ở một tốc độ không đổi) mà các vít con lăn có
khả năng chịu đựng trước khi tới giới hạn mỏi xảy ra trên một trong các bề mặt lăn
(vít, đai ốc, rãnh hoặc con lăn). Để đạt được tuổi thọ danh nghĩa (L10) tải trọng làm
việc trung bình lên đến 80% của (Ca) cho phép.

15


3.2. Số vịng quay tới hạn của trục vít
Tải trọng động tương đương: Các tải tác động lên trục vít có thể tính theo phương
pháp cơ học nếu ngoại lực (ví du: truyền tải năng lượng, làm việc, quán tính quay và
lực tác dụng) được biết đến hoặc có thể tính tốn.Momen tải trọng động phải được
thực hiện bởi hệ thống tuyến tính dẫn hướng.
Tải tĩnh (Coa): Vít con lăn nên được lựa chon trên cơ sở của tải trọng tĩnh. Đánh
giá tải tĩnh (Coa) khi nó được cung cấp để hoạt động lien tục hoặc tải trọng va đập liên
tục trong khi tốc độ quay rất thấp trong khoảng thời gian ngắn. Theo tiêu chuẩn ISO,
áp dụng tải tĩnh theo tính tốn (bề mặt ren, phần tử lăn) tổng các biến dạng bằng
0,0001 đường kính độ võng của các con lăn tương ứng với các ăn khớp tùy thuộc vào
đường kính trục.
Các cơng thức tính Số vịng quay tới hạn của trục vít: Xem trang 84 tài liệu tham
khảo số 2.

3.3. Tốc độ giới hạn cho phép

Độ giới hạn cho phép là tốc độ mà một ốc vít có thể vượt qua không đáng tin cậy
bất cứ lúc nào. Nó thường là tốc độ hạn chế của các lực ly tâm trong trục vít. Nó được
thể hiện bằng đơn vị (vịng/phút) và đường kính của trục vít (mm).Giới hạn tốc độ
được trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo số 2 (xem trang 84) là tốc độ tối đa
có thể được áp dụng qua các thời kỳ rất ngắn và trong tối ưu hóa các điều kiện liên kết,
tải ở điều kiện bên ngoài và tải trước với dầu bơi trơn. Trục vít hoạt động liên tục ở tốc
độ giới hạn cho phép có thể dẫn đến giảm tuổi thọ tính tốn của cơ chế hạt.
Tốc độ cao kết hợp với tải trọng cao địi hỏi một mơ-men xoắn đầu vào lớn và tuổi
thọ danh nghĩa tương đối ngắn.Trong trường hợp của tăng tốc và giảm tốc độ cao, nó
được hoặc làm việc dưới danh nghĩa một tải trọng bên ngồi đảm bảo các yếu tố lăn
khơng trượt. Tải quá cao sẽ gia tăng nhiệt ở các bề mặt tiếp xúc. Điểm mấu chốt của hệ
truyền động cơ khí đó là bơi trơn. Bơi trơn ốc vít sẽ hoạt động hiệu quả cao. Ở tốc độ
cao, các chất bơi trơn lây lan trên bề mặt của trục vít, có thể bị văng ta bởi lực ly tâm .
16


Điều quan trọng là để theo dõi hiện tượng này trong thời gian chạy đầu tiên ở tốc độ
cao và có thể thích ứng với các tần số thay mỡ định kỳ hoặc dịng chảy của chất bơi
trơn, hoặc chọn một chất bơi trơn có độ nhớt cao hơn.
3.4. Dầu bôi trơn
Dầu bôi trơn thường được sử dụng để bôi trơn các bộ phận khác quay như vòng
bi và bánh răng có thể được sử dụng cho vít. Độ nhớt của dầu được xác định bởi tốc
độ, nhiệt độ và tải trọng. Dầu cần phải có một độ nhớt ISO 100 ở nhiệt độ đang chạy.
Tăng độ nhớt hoặc tốc độ sẽ làm tăng nhiệt độ chạy. Ở tốc độ thấp (<10 vòng/phút) độ
nhớt nên là ISO 200 ở nhiệt độ đang chạy. Dưới tải nặng, chất phụ gia bảo vệ môi
trường để cải thiện sức mạnh bộ phim được khuyến khích. Phụ gia chống ăn mịn và
ổn định cũng có thể được sử dụng để lợi thế. Dầu mỡ sẽ được trải đều trên chiều dài
trục vít, giúp bảo vệ các ốc vít chống lại sự ăn mịn do tiếp xúc. Để ngăn ngừa bụi bẩn
rơi vào các trụ vít cần phải lắp kín, có nắp chắn dầu ở đầu trục. Tốc độ, momen xoắn,
chất hóa học được xem xét kỹ trước khi bôi trơn. Khoảng bôi trơn phụ thuộc vào chu

kỳ làm việc của vít và chất bơi trơn trong q trình sử dụng bơi trơn. Kiểm tra chất
lượng dầu mỡ thường xuyên, ví dụ: mỗi tháng. Nếu độ nhớt của nó tăng lên cần phải
thay thế. Nếu màu mỡ là tối hơn mới có thể chỉ ra oxidation hoặc sự hiện diện của kim
loại
3.5. Hiệu suất của hệ truyền động
Hiệu suất của trục vít con lăn phụ thuộc chủ yếu vào hình học của bề mặt tiếp
xúc và góc tiếp xúc của ren, điều kiện làm việc của đai ốc ( tải, tốc độ, bôi trơn…) để
xác định momen xoắn đầu vào cần thiết để chuyển đổi chuyển động quay. Tải trước
momen xoắn được đo ở 50 vịng/phút khi lắp ráp được bơi trơn bằng lớp dầu ISO 64.
Momen xoắn đầu tiên là momen xoắn cần thiết để vượt qua những điều kiện sau:
Tổng quán tính của tất các bộ phận tăng tốc di chuyển bằng năng lương nguồn, ma sát
của trục vít lắp ráp với con lăn.
3.6. Trục và khả năng tải
Khi một vít con lăn với một hạt với chơi trục được đo trên một máy kiểm tra độ
bền kéo, một đồ thị tương tự như (Hình 2.1) thu được. Một mục tiêu là để loại bỏ
17


phạm vi hoạt động trục để định vị chính xác được cải thiện khi tải bên ngồi thay đổi
hướng.

Hình 3.1 Đồ thị tải trước, trước khi mô men xoắn và độ cứng
Vít con lăn hành tinh là có sẵn với loại bỏ chơi bằng cách sử dụng hạt toàn bộ
(chỉ định: BR) hoặc tách hạt (chỉ định: TR). Trong trường hợp này, mô-men xoắn tải
trước sẽ là giữa 0 và TPE đo ở 50 vịng/phút khi bơi trơn bằng dầu ISO lớp 68.
Hành tinh và tuần hồn vít con lăn cũng có cài đặt sẵn cho độ cứng tối ưu: chỉ định của
họ là quan hệ công chúng và PV. (hình 2.2) cho thấy làm thế nào một tải sự chênh lệch
đường kính giữa ổ đỡ và đầu trục Fq được áp dụng cho các nửa 1 và 2 để có được một
Fpr tải trước. Một phần tải này được sử dụng để tạo ra các lực tải trước và là một trong
những khe hở giữa các chi tiết đỡ.

Hình 3.2 Các lực tải sự chênh lệch đường kính giữa ổ đỡ và đầu trục Fp
18


Các chi tiết đỡ tải trước để cung cấp cho các mơ-men xoắn chính xác tải trước khi
tải siết chặt được áp dụng. Trước khi tải bên ngoài được áp dụng hai nửa khớp nối là ở
trạng thái cân bằng tại A (hình 2.3) theo một Fpr tải.

Hình 3.3 Áp dụng hai nửa khớp nối là ở tráng thái cân bằng tại A

Hình 3.4 Nửa khớp nối trở thành F1 và F2
Khi F tải bên ngồi (hình 2.4) được áp dụng tải về nửa khớp nối trở thành F1 và
F2. Đối với tất cả các điều kiện F <2,83 Fpr tải nhìn thấy nửa 2 lớn hơn tải trọng bên
19


ngoài để tăng tải trước làm giảm tuổi thọ của vít. Khi tải bên ngồi đạt 2,83 Fpr nửa
được dỡ xuống và F2 = F. ốc lăn thường được cài đặt sẵn bằng cách nạp trước một nửa
hạt chống lại các khác chỉ có một nửa hỗ trợ tải bên ngoài theo một hướng nhất định.
Trong trường hợp này, nửa khớp nối tải bên ngồi. Bởi vì khả năng chịu tải rất cao và
độ cứng của ốc vít con lăn một hạt phân chia là đủ cho hầu hết các ứng dụng và cung
cấp một thiết kế cực kỳ nhỏ gọn.
Đối với mỗi vít con lăn, độ cứng tối ưu một loạt các giá trị mô-men xoắn preload,
Tpr được đưa ra trong các dữ liệu kỹ thuật. Khách hàng tự do lựa chọn bất kỳ giá trị
trong phạm vi này: nếu khơng có giá trị được quy định cụ thể về trình tự, giá trị trung
bình sẽ được thực hiện.
- Một đồ thị mơ-men xoắn preload điển hình được hiển thị:

20

Hình 3.5 Đồ thị mơ-men xoắn preload điển hình được hiển thị

- Rnr : giá trị tham khảo của độ cứng tương ứng với giá trị mô-men xoắn.
- Dung sai của mô-men xoắn tải di chuyển dọc theo chiều dài của trục vít phụ thuộc
vào góc xoắn của sợi trục vít, đường kính của trục vít và độ chính xác. Các bảng cung
cấp cho các dung sai của sự biến đổi mô-men xoắn tải trước.
-Hãy tham khảo bảng A nếu các góc xoắn, nhỏ hơn 11° và bảng B nếu góc xoắn lớn
hơn 11°.
Bảng 3.1 Dung sai tải trước cho vít với α< 11º
l1/d0 và l1
Tpr (Nm)

G1

l1/d0 và l1

G3

G5

G1

G3

G5

35

40

50

40

50

60

0,2 – 0,6

25

30

35

30

35

40

0,6 – 1,0

20

25

30

25

30

35

1,0 – 2,5

15

20

25

20

25

30

2,5 – 6,3

10

15

20

15

20

25

6,3 – 10,0

10

10

15

15

15

20

Bảng 3.2 Khả năng chịu tải trước đối với vít có α 11º
l1

2000l1
21


Tpr (Nm)

G3

G5

G3

G5

0 – 10,0

70

80

80

90

Vít con lăn hành tinh tải trước để có độ cứng tối ưu với α≥ 11º khơng có ở độ chính
xác của dây dẫn G1
3.7. Độ cứng của trục tải tĩnh
Độ cứng trục tĩnh của một lắp ráp hoàn chỉnh là tỷ số của tải trọng trục bên
ngoài được áp dụng trên hệ thống và dịch chuyển trục của bộ mặt của các hạt trong
mối quan hệ với sự kết thúc (neo) cố định của trục vít. Nghịch đảo của độ cứng của hệ
thống tổng là bằng tổng của tất cả các ngược của sự cứng nhắc của mỗi thành phần
(trục vít, đai ốc gắn trên trục, chịu tải của ổ trục, vv ..). Có thể được tính theo cơng
thức sau:
Trong đó:

Rt: Độ cứng tổng cộng
Rs: Độ cứng khớp nối

Rn: Độ cứng trục vít me

Độ cứng khớp nối: Rn. Khi tải trước được áp dụng cho một khớp nối phân chia,
trước hết, được loại bỏ, sau đó, sự biến dạng đàn hồi Hert tăng lên khi tải trước áp
dụng để tăng độ cứng tổng thể. Biến dạng lý thuyết khơng đưa vào gia cơng khơng
chính xác, thực tế tải được chia ở giữa các bề mặt tiếp xúc khác nhau, độ đàn hồi của
hạt và của trục vít. Các giá trị độ cứng thực tế được đưa ra trong danh mục là thấp hơn
giá trị lý thuyết vì lý do này.
Độ cứng trục Rs: Biến dạng đàn hồi của trục vít tỷ lệ nghịch với chiều dài của
nó và tỷ lệ thuận với bình phương đường kính của trục, sự gia tăng quá lớn
tải trước của đai ốc và vòng bi mang lại một giới hạn tăng độ cứng và đặc biệt là tăng
mô-men xoắn và do đó các hoạt động nhiệt độ. Do đó, tải trước đã nêu trong danh mục
cho mỗi kích thước tối ưu và nên không được tăng lên.

22


Hình 3.5 Độ cứng của trục tải tĩnh
- Rs được tính theo cơng thức sau:
+ Với thép tiêu chuẩn
Rs = 165. (N/µm) (Hình 3.6 a)
Rs = (N/µm) (Hình 3.6 b)
Độ cứng trục tĩnh của một lắp ráp hoàn chỉnh là tỷ số của tải trọng trục bên
ngoài được áp dụng trên hệ thống và dịch chuyển trục của bộ mặt của các hạt trong
mối quan hệ với sự kết thúc (neo) cố định của trục vít.
3.8. Khả năng chịu uốn của trục vít me
Các tải cột của trục vít phải được kiểm tra khi nó được trình tải chịu uốn (dù
hoạt động hoặc tĩnh). Tải nén tối đa cho phép được tính bằng cách sử dụng cơng thức
Euler. Sau đó được nhân với hệ số an toàn của 3 đến 5, tùy thuộc vào ứng dụng. Cách
lắp ghép của trục là rất quan trọng để lựa chọn các hệ số thích hợp để được sử dụng

trong các cơng thức Euler. Khi trục vít bao gồm đường kính, đường kính gốc được sử
23


dụng cho tính tốn. Khi vít bao gồm các mục khác nhau với đường kính khác nhau,
tính tốn trở nên phức tạp hơn.
3.9. Vật liệu và nhiệt luyện
Trục vít con lăn hành tinh được làm bằng vật liệu độ cứng cao. Trục vít được
làm thép hợp kim carbon 42 CrMo4 tôi cứng bằng cảm ứng. Các con lăn và khớp nối
được sản xuất từ thép chịu lực cao. Tất cả các bề mặt được xử lý nhiệt luyện cho đến
khi đạt độ cứng bề mặt lớn hơn 56 HRC, phù hợp để chịu tải. Các vật liệu khác, chẳng
hạn như thép khơng gỉ, có thể được. Trục vít hành tinh con lăn được sản xuất đạt chất
lượng theo theo tiêu chuẩn ISO1, 3 và 5.
Khớp nối và đai ốc tiêu chuẩn được gia công trong các thép 100Cr6 được tôi
cứng. Độ cứng của bề mặt tiếp xúc là 56-60 HRC. Hầu hết được làm bằng vật liệu
khơng gỉ có độ cứng bề mặt trong của 42 đến 58HRC.

3.10 Kiến nghị để lắp ráp
Vít con lăn là thành phần chính xác và cần được xử lý cẩn thận để tránh những cú
tải đột ngột. Khi được lưu trữ trong các thùng vận chuyển, họ phải nằm trên khối V
bằng gỗ hoặc nhựa và không nên được cho phép để võng xuống.
Tiêu chuẩn lắp ráp trục vít con lăn hành tinh.
-

Trục vít con lăn có khả năng chịu tải tĩnh cao (có thể lên đến 9500kN)
Vận tốc của vít con lăn có thể đạt 120 m/phút hoặc cao hơn.
Thử nghiệm đã được thực hiện thành cơng với gia tốc góc 7.000 radians/s^2
Đánh giá tải trọng động được sử dụng để tính tốn khả năng chịu tải trong điều
kiện làm việc khó ỏi của một vít con lăn hành tinh. Đánh giá tải động được định
nghĩa như là một tải trọng, liên tục trong biên độ và chỉ đạo, theo đó 90% thống

kê của ốc vít con lăn hành tinh có tuổi thọ hoạt động lên tới 106 vòng/phút (L
10).

24


-

Xếp hạng tải tĩnh (C0) và các yếu tố an toàn (S0): Đánh giá tải trọng tĩnh C0 là
một loại tải có thể gây ra một biến dạng lớn bằng 0,0001 của đường kính độ
cong của phần tử đo kiểu lăn. Để ngăn chặn sự biến dạng có thể làm giảm chức
năng phù hợp và tiếng ồn của các ốc vít con lăn hành tinh dựa trên yếu tố an
tồn (S0). Vì vậy, nên được sử dụng khi lựa chọn một vít con lăn trên cơ sở

-

đánh giá tải trọng tĩnh của nó. S0 (yếu tố an tồn) khơng nên được ít hơn 3.
Tuổi thọ lý thuyết L10 hoặc Lh là thời gian hoạt động đạt 90% của một nhóm
các ốc vít con lăn hành tinh hoạt động trong cùng điều kiện.

25