Luận văn Thiết kế và chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng cong trên máy CNC 4D

g. a. Bộ truyền b. Biên dạng răng và đường răng Hiện nay bánh răng thẳng được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp chép hình (định hình) và bao hình. - Phương pháp chép hình là biên dạng răng được tạo ra nhờ chép đúng hình dạng của lưỡi cắt. Với phương pháp gia công chép hình thì quá trình cắt không liên tục, khi cắt thì cắt từng rãnh răng một, sau đó phân đô để cắt rãnh răng khác. Phương pháp gia công chép hình có: + Phay chép hình: Phương pháp này được sử dụng nhiều trên máy phay vạn năng có trang bị dụng cụ phân độ. Kiểu dao có thể là dao phay ngón hay dao phay đĩa. Khi gia công, chi tiết đựơc gá vào ụ phân độ, dao đựợc gá sao cho đừơng kính ngoài (dao phay đĩa mô đun) hoặc mặt đầu (dao phay ngón) trùng với đừơng sinh cao nhất của chi tiết. Sau đó, điều chỉnh dao ở độ cao sao cho rãnh răng có chiều sâu theo yêu cầu. Gia công xong một răng thì dùng đầu phân độ để quay chi tiết một góc 360 0 /z (với z là số răng cần gia công) rồi tiếp tục gia công răng tiếp theo, cứ thế cho đến hết. 7 Hình 1.2: Sơ đồ gia công răng bằng chép hình biên dạng răng a. Sử dụng dao phay đĩa b. Sử dụng dao phay ngón + Bào định hình: Bào răng định hình được thực hiện trên máy bào răng với dao định hình cũng có prôfin giống prôfin rãnh răng hoặc dao thông thường với dưỡng. Khi gia công các rãnh răng thì cũng dùng đầu phân độ theo từng răng. + Chuốt định hình: Gia công bánh răng bằng phương pháp chuốt định hình cho năng suất và độ chính xác cao, thường dùng ở dạng sản xuất hàng loạt lớn và hàng khối. Theo phương pháp này, dao chuốt có prôfin giống prôfin của rãnh răng. Có thể chuốt một rãnh hoặc nhiều rãnh cùng một lúc. Sau mỗi hành trình của dao, một hoặc một số rãnh răng được gia công, muốn gia công các rãnh khác thì chi tiết được quay đi một góc nhờ cơ cấu phân độ. Trên hình 1.3 là sơ đồ chuốt răng, dụng cụ cắt là một bộ dao định hình với từng nấc được lắp vào đầu chuốt. Lượng nâng của mỗi lưỡi cắt phụ thuộc vào chiều dày lớp phoi được cắt S z , loại vật liệu bánh răng và tốc độ cắt v. Hình 1.3: Sơ đồ chuốt răng 8 - Phương pháp bao hình: Đây là phương pháp sản xuất răng phổ biến hiện nay, cho năng suất và độ chính xác cao. Với phương pháp bao hình thì biên dạng răng được hình thành bởi một họ đường cong bao hình. Quá trình gia công là nhắc lại ăn khớp của bộ truyền bánh răng thẳng. Khi đường bao là đường thân khai người ta dùng một bánh răng thứ 2 gọi là bánh răng sinh. Khi đường bao là đường thẳng, người ta dùng một thanh răng thẳng gọi là thanh răng sinh. Dụng cụ cắt bánh răng thẳng là dao xọc răng hoặc dao trục vít (dao phay lăn răng) còn thiết bị gia công là máy phay lăn răng hay máy xọc răng. Hình 1.4: Sơ đồ xọc răng bao hình Hình 1.5: Nguyễn lý bao hình biên dạng răng Bánh răng trụ răng thẳng có ưu điểm là đường răng thẳng nên dễ chế tạo, tính toán, dễ lắp láp, thiết bị và dụng cụ chế tạo đơn giản, rẻ tiền. Trong quá trình làm việc không có lực dọc trục vì vậy giảm chi phí cho ổ nên được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong đời sống. Nhưng chúng cũng có nhiều 9 nhược điểm như là hệ số trùng khớp thấp, khả năng tải không cao, độ ồn lớn vì khi ăn khớp, chịu tải và thôi ăn khớp cùng một lúc nên gây ra tiếng ồn cũng như khả năng chịu tải thấp. Muốn tăng hệ số trùng khớp thì phải tăng đường kính. Vì thế, trong các truyền động có tốc độ cao thì người ta dùng bánh răng trụ răng nghiêng. 1.2.2 Bộ truyền bánh răng nghiêng Bánh răng nghiêng ra đời đã khắc phục được các nhược điểm của bánh răng thẳng là hệ số trùng khớp lớn hơn cho nên khả năng tải lớn hơn so với bộ truyền bánh răng thẳng cùng mô đun. Cũng nhờ hệ số trùng khớp lớn nên bánh răng nghiêng truyền động êm hơn nên nó có thể làm việc ở tốc độ cao hơn nhiều so với bánh răng thẳng. Phạm vi điều chỉnh tỉ số truyền mở rộng hơn bánh răng thẳng. Đường răng của bánh răng trụ răng nghiêng là đường xoắn vít trụ tròn, với dạng đường này hệ số trùng khớp tăng, hệ số tải lớn. Góc nghiêng của răng ở các bánh răng trong cùng một bộ truyền đều bằng nhau nhưng khác dấu. a b Hình 1.6: Bánh răng trụ răng nghiêng a. Bộ truyền b. Biên dạng răng và đường răng Trong bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng khi truyền động các đôi răng không vào tiếp xúc nhau trên toàn bộ chiều dài răng mà vào khớp dần dần, đường tiếp xúc lan dần trên chiều dài răng, đôi răng trước ra khớp bao nhiêu thì đôi răng sau vào khơp bấy nhiêu vào khớp nên các răng chịu tải và thôi tải dần dần. Ngoài 10 ra, trong vùng ăn khớp bao giờ cũng có ít nhất hai đôi răng. Vì răng nghiêng ăn khớp êm nên giảm tiếng ồn khi làm việc và tải trọng động giảm xuống. Do đó các bộ truyền quay nhanh, người ta sử dụng bánh răng nghiêng. Các đặc tính truyền động, thông số hình học, động học động lực học của bánh răng nghiêng được mô tả trong [5] Cũng như bánh răng thẳng, hiện nay bánh răng nghiêng được chế bằng hai phương pháp chủ yếu là phương pháp chép hình và phương pháp bao hình. - Khi chế tạo bằng phương pháp chép hình, việc gá dao và chi tiết cũng như phân độ để cắt răng giống như với răng thẳng, chỉ khác một điều là phải quay bàn máy đi một góc β phù hợp với góc nghiêng của răng. Để tạo được răng nghiêng cần thực hiện đồng bộ chạy dao của bàn máy và chuyển động quay của đầu phân độ. Khi quay bàn máy cần chú ý chiều nghiêng của răng trên chi tiết, đối với răng nghiêng trái thì bàn máy quay theo chiều đồng hồ khi nhìn từ trên xuống (hình 1.7) và khi răng nghiêng phải thì quay bàn máy ngược chiều đồng hồ. Hình 1.7: Sơ đồ gá dao phay bánh răng nghiêng trên máy phay vạn năng Phương pháp chép hình đạt năng suất, độ chính xác thấp và rất khó khăn trong việc điều chỉnh chính xác vị trí tương đối giữa dao và chi tiết gia công. Phương pháp này được dùng chủ yếu trong các nhà máy sản xuất nhỏ hoặc trong cá nhà máy sửa chữa hoặc chế tạo các bánh răng có mô đun và đường kính lớn mà các phương pháp gia công khác không thực hiện được. Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp chép hình người ta chế tạo bánh răng trụ răng nghiêng bằng phương pháp bao hình. Điển hình cho phương pháp này là phay, xọc, mài. Ưu điểm của phương pháp này đường răng xoắn vít trụ nên độ cong và độ xoắn không thay đổi. Và công nghệ chế tạo được hoàn thiện với máy phay lăn răng cùng với công nghệ chế tạo dao phay răng răng. 11 a b Hình 1.8: Phay bánh răng nghiêng bằng phương pháp bao hình a. Phay lăn răng b. Xọc răng Bên cạnh các ưu điểm của bánh răng nghiêng thì chúng cũng có nhược điểm là xuất hiện lực dọc trục trong quá truyền chuyển động nên chi phí cho ổ đỡ chặn là rất lớn. Đặc biệt là các bộ truyền có công suất lớn như các bộ truyền trong các lĩnh vực xây dựng, giao thông, tàu thuyền, máy công nghiệp nặng, thì chi phí về ổ là rất cao. Để khắc phục được hạn chế này người ta thay thế bánh răng nghiêng thành bánh răng chữ V. 1.2.3 Bộ truyền bánh răng chữ V Những nhược điểm của bánh răng nghiêng được khắc phục bởi bánh răng chữ V. Đặc điểm của bánh răng chữ V là đường răng nghiêng tạo thành hình chữ V để triệt tiêu thành phần lực dọc trục. Như vậy, bánh răng chữ V gồm 2 bánh răng nghiêng có cùng góc nghiêng nhưng theo hai hướng khác nhau. Do đó tất cả các công thức tính toán về hình học của bánh răng nghiêng đều phù hợp với bánh răng chữ V và được mô tả trong [5]. Hình 1.9: Bánh răng chữ V 12 Khi chế tạo bánh răng chữ V, phương pháp phay chép hình cũng có thể gia công được bánh răng chữ bằng dao phay ngón mô đun trên máy phay vạn năng có cơ cấu phân độ và đảo chiều quay của bánh răng trong quá trình chạy dao dọc (tương tự như răng nghiêng nhưng phải làm hai lần) hoặc gia công trên máy bán tự động chuyên dùng hoặc máy CNC. Với phương pháp gia công này có năng suất tháp và độ chính xác không cao. Hình 1.10: Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp chép hình Khi chế tạo bánh răng chữ V bằng bằng phương pháp bao hình sẽ cho năng suất và độ chính xác cao. Việc gia công được thực hiện trên máy phay lăn răng, dụng cụ được dùng là dao phay răng kiểu trục vít. Phương pháp này được thực hiện khi bánh răng chữ V có rãnh thoát dao ở giữa. Hình 1.11: Gia công bánh răng chữ V theo phương pháp bao hình Bánh răng chữ V có ưu điểm là khả năng tải lớn, truyền động êm và không có lực dọc trục. Chính vì thế trong các truyền động có công suất lớn thì bánh răng chữ V được sử dụng và gần như không thể thay thế chúng. Nhưng bên cạnh đó nó cũng có một số nhược điểm như là chế tạo khó khăn, nhất là các bánh răng có 13 đường kính và mô đun nhỏ thì không còn không gian để gia công. Chi phí cho sản xuất chế tạo lớn. Ở Việt Nam ít có máy chuyên dùng nên khó khăn trong việc chế tạo và hay thế. Với việc chế tạo bánh răng chữ V ở Việt Nam sử dụng các giải pháp công nghệ nên độ chính xác không cao nên thường xẩy ra hư hỏng đầu răng. Trong thực tế bộ truyền bánh răng chữ V chỉ được ứng dụng với những bộ truyền có mô đun lớn và công suất lớn. Bởi vì đối với bánh răng chữ V rất khó chế tạo với những bánh răng có môn đun nhỏ và công suất nhỏ bới vì nó không có không gian để chế tạo. 1.3 Kết luận Các bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng hay bánh răng chữ V được sử dụng rông rãi trong truyền động kỹ thuật nhờ các đặc tính ưu việt của chúng về truyền lực và truyền động theo tỉ số truyền. Kỹ thuật thiết kế bộ truyền bánh răng trụ đã được hoàn thiện, các thông số thiết kế đã được tiêu chuẩn hoá theo các hệ thống tiêu chuẩn trên thế giới, có thể thiết kế trên máy tính một cách nhanh chóng và thuận lợi; Về chế tạo bánh răng trụ có thể gia công theo phương pháp chép hình biên dạng răng trên máy vạn năng, hoặc bao hình biên dạng răng trên các máy công cụ chuyên dung. Măt khác, cũng có thể ứng dụng công nghệ CAD/CAM- CNC để thiết kế và chế tạo chúng trên máy công cụ CNC. Với đề xuất của nhóm nghiên cứu ở Bộ môn Chế tạo máy, Khoa Cơ khí, Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên là có thể thiết kế bánh răng trụ răng cong dạng cung tròn thay thế cho bánh răng chữ V. Các khảo sát trên là cơ sở tính toán thiết kế và lựa chọn phương pháp chế tạo loại bánh răng này ở các chương tiếp theo. 14 Chương 2 BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG 2.1 Phần khái quát. Để hạn chế khó khăn trong việc chế tạo bánh răng chữ V người ta làm rãnh thoát dao ở phần chuyển hướng của đường răng. Nhưng với cách làm này gây nên điểm yếu của bánh răng làm cho chúng thường mẽ và gãy trong quá trình truyền tải. Với ý tưởng thay thế chữ V hở bằng bánh răng cung liên tục. Khi đó góc xoắn ở đỉnh chữ V bằng không để không tạo tập trung ứng suất, điều này cũng tận dụng được đặc điểm không phát sinh lực dọc trục trên toàn bộ đường răng và có hệ số trùng khớp cao. Hiện nay, hiệu quả của bánh răng côn xoắn đã được chứng minh là ăn khớp êm, ít tiếng ồn, thời gian ăn khớp dài, độ bền răng lớn, độ mòn ít, độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ. Với ý tưởng của đề tài là cải thiện đường răng thẳng thành một cung liên tục để nâng cao hiệu quả ăn khớp . Theo lý thuyết bánh răng trụ răng cong hoàn toàn có thể chế tạo bằng phương pháp bao hình, chép hìnhNhưng với phạm vi đề tài này và năng lực thiết bị tác giả chọn đề tài ứng dụng máy công cụ CNC 4D để chế tạo theo phương pháp chép hình. 2.2 Bánh răng trụ răng cong 2.2.1 Đường răng Đường răng của thanh răng sinh cơ sở là dạng cung tròn, nên bánh răng trụ tương ứng của nó có đường răng dạng cung tròn nằm trên mặt trụ. Để xác định phương trình của dạng đường cong này, tiến hành xây dựng mô hình tính toán cho một đường răng như sau: 15 Hình 2.1: Mô hình xác định đường răng cong Đường răng là giao tuyến của hai mặt trụ có trục đối xứng vuông góc với nhau, một mặt trụ đi qua đường kính vòng chia chứa đường răng, một mặt trụ còn lại có bán kính bằng bán kính cong của đường răng gọi là mặt trụ cơ sở tạo đường răng Phương trình mặt trụ chứa đường răng trong hệ tọa độ Oxyz: { x2 + z2 = r2 − b 2 ≤ y ≤ b 2 ( 2.1) Trong đó : r là bán kính cong của mặt trụ. b là chiều rộng của bánh răng. Phương trình mặt trụ cơ sở trong hệ tọa độ O1xy1z1: { x1 2 + y 1 2 = R2 𝑧1 ( 2.2) Trong đó : R là bán kính cong của mặt trụ sinh. 16 Thực hiện phép dời trục tọa độ độ O1xy1z1 về trục tọa độ gốc Oxyz (Theo hình vẽ mô hình tính toán thì x≤0), ta có: { x1 = x + R y1 = y z1 = z 𝑥 ≤ 0 (2.3) Thay phương trình (2.3) vào phương trình (2.2) ta có phương trình mặt trụ cơ sở trong hệ tọa độ Oxyz : { x2 + 2xR + y2 = 0 𝑧1 𝑥 ≤ 0 (2.4 ) Hệ phương trình gồm các phương trình trong hệ (2.1) và (2.4): { x2 + z2 = r2 x2 + 2yR + y2 = 0 với − b 2 ≤ y ≤ b 2 và x≤ 0 (2.5) Trong đó ∶ r là bán kính cong của mặt trụ. b là chiều rộng của bánh răng. R là bán kính cong của đường răng. Như vậy hệ phương trình (2.5) là phương trình đường răng. Đây là cơ sở quan trọng để số hóa quá trình gia công điều khiển theo biên dạng. 2.2.2 Biên dạng răng Xây dựng mô hình xác định biên dạng của răng trên cơ sở thanh răng sinh tiêu chuẩn. Thực hiện cắt mặt phẳng song song với mặt mút của đường răng sinh (hình 2.2). Chiếu các giao điểm ở vị trí đáy, vòng chia, và đỉnh răng tương ứng trên mặt phẳng cắt. Nối các điểm này lại với nhau, được biên dạng thanh răng sinh là biên dạng tiêu chuẩn. Như vậy biên dạng răng của bánh răng trụ răng cong là đường thân khai. Vì bánh răng trụ răng cong ăn khơp với thanh răng sinh- có biên dạng thân khai không thay đổi trên suốt chiều dài răng, nên biên dạng thân khai của bánh răng trụ răng cong là như nhau dọc theo chiều dài đường răng cung tròn. 17 Hình 2.2: Biên dạng sinh của răng Phương trình đường thân khai: Để xậy dựng phương trình đường thân khai, dùng phương trình tham số trong hệ tọa độ cực (hình 2.3). Hình 2.3: Đường thân khai trong hệ tọa độ cực Chọn hệ cực tọa độ tâm O, trục 𝑂𝑥⃗⃗⃗⃗ ⃗ = 𝑂𝑀𝑏⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗. Tạo độ điểm M thuộc đường thân khai vòng tròn (E): M{ 𝑟𝑥⃗⃗⃗ = 𝑂𝑀⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ 𝜃𝑥 = 𝑀𝑂𝑀𝑏̂ Trong đó: 𝜃𝑥 = 𝑁𝑂𝑀𝑏̂ − 𝑁𝑂�̂� = 𝑁𝑀�̂� 𝑟𝑏 − 𝛼𝑥 Với 𝛼𝑥 = (𝑟𝑥⃗⃗⃗ , 𝑂𝑁⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ) B § ØN H V ß N G C H IA § ¸ Y P 18 Theo tính chất đường thân khai: 𝑁𝑀 = 𝑁𝑀�̂� 𝑁𝑀�̂� 𝑟𝑏 = 𝑁𝑀 𝑟𝑏 = 𝑡𝑔𝛼𝑥  𝜃𝑥 = 𝑡𝑔𝛼𝑥 − 𝛼𝑥 Mặt khác: 𝑟𝑥 = 𝑟𝑏 cos𝛼𝑥 − 𝛼𝑥 Do đó phương trình thân khai là: { 𝑟𝑥 = 𝑟𝑏 cos𝛼𝑥 − 𝛼𝑥 𝜃𝑥 = 𝑡𝑔𝛼𝑥 − 𝛼𝑥 = 𝑖𝑛𝑣(𝜃𝑥) Với 𝑖𝑛𝑣(𝜃𝑥) = 𝑡𝑔𝛼𝑥 − 𝛼𝑥 gọi là hàm thân khai ( involute function) 2.2.3 Các thông số hình học của bánh răng trụ răng cong. Một số thông số hình học của bộ truyền bánh răng trụ răng cong hoàn toàn giống với bánh răng trụ răng thẳng. Để thể hiện rõ các thông số này, tiến hành cắt bánh răng bởi mặt phẳng đi qua trung điểm của đường răng và vuông góc với trục bánh răng (hình 2.4), các thông số của bộ truyền được thể hiện như sau: - Bước răng: t = π.m - Môđun: 𝑚 = 𝑡 𝜋 - Chiều cao răng: + Chiều cao đầu răng h': Là khoảng cách giữa đường kính vòng chia và đường kính đỉnh răng h' = m + Chiều cao chân răng h'': Là khoảng cách giữa đường kính vòng chia và đường kính chân răng h''= m + c  h''= 1,25m Trong đó: c là khe hở chân răng c = 0.25m + Chiều cao răng h: h = h' + h'' = m + 1,25m  h = 2,25m + Chiều cao làm việc là 2m còn 0,25m là khe hở chân răng 19 Hình 2.4 : Thông số hình học bánh răng trụ răng cong - Số răng Z. - Các đường kính : + Đường kính vòng chia (vòng lăn) d = m.z + Đường kính đỉnh răng de = d + 2h'= m(z+2) + Đường kính chân răng di = d - 2h'' = m(z-2,5) - Khoảng cách tâm 2 trục bánh răng: 1 2 1 2 2 2 d d z z A     Trong đó: d1 và z2 của bánh răng thứ nhất. d2 và z2 của bánh răng thứ hai. - Góc ăn khớp: Góc ăn khớp αtw tạo bởi đường ăn khớp N (cũng là đường tiếp tuyến chung tại điểm tiếp xúc W của 2 biên dạng) và tiếp tuyến chung T tại W của hai đường lăn d1và d2. Ta có : Cos αtw = db1 d1 = db2 d2 20 Hình 2.5: Góc ăn khớp Với cặp biên dạng thân khai, tâm quay của 2 bánh răng là O1 , O2 cho trước và các bán kính d1, d2 của các vòng tròn cơ sở là không đổi nên đường ăn khớp P1 P2 là cố định nên góc ăn khớp αtw (gọi tắt là góc α) - Tỉ số truyền động: 1 2 2 2 1 1 n d z i n d z    - Đường ăn khớp: Là quỹ tích các vị trí tiếp xúc giữa hai biên dạng răng trong quá trình ăn khớp. Khi 2 bánh răng ăn khớp với nhau, điểm ăn khớp thay đổi vị trí trong quá trình ăn khớp nhưng vẫn luôn luôn nằm trên pháp tuyến n-n gọi là đường ăn khớp. + N1N2gọi là đoạn ăn khớp lý thuyết. +N1 ′N2 ′ gọi là đoạn ăn khớp thực. 21 Hình 2.6: Đường ăn khớp và cung ăn khớp - Cung ăn khớp: Các cung a1b1,a2b2 là cung trên vòng tròn ban đầu do các điểm a1, a2vẽ ra trong thời gian 1 đôi răng ăn khớp gọi là cung ăn khớp: a1b1 = a2b2. Đối với bánh răng trụ răng cong, khi hoạt động các cặp răng không ăn khớp cùng một lúc mà ăn khớp chéo đối xứng. - Góc nghiêng đường răng: Bánh răng trụ răng cong có đường răng là một cung tròn liên tục. Đường răng dạng cung tròn được cải tiến trên cơ sở đường răng thẳng của bánh răng chữ V. Như vậy góc nghiêng đường răng sẽ thay đổi từ βmax đến β=0. βmaxtại mặt mút và β=0 tại điểm giữa của đường răng. Hình 2.7: Góc nghiêng β của bánh răng trụ răng cong b  m ax  22 2.3 Kết luận Bánh răng trụ răng cong có đặc trưng về đường răng cong dạng cung tròn, ăn khớp với thanh răng sinh có đường răng là cung tròn; về tính toán thiết kế, tương tự như bánh răng trụ và có thể thiết kế trên máy tính; Đặc điểm nổi bật của bánh răng trụ đường răng dạng cung tròn là góc nghiêng β tăng dần từ 0 ở giữa bánh răng đến hai mặt đầu của bánh răng; Về tạo hình bánh răng trụ răng cong dạng này có thể nhắc lại sự ăn khớp với thanh răng sinh, răng cung tròn như nguyên lý tạo hình bằng bao hình. Tuy nhiên cũng có thể gia công trên máy CNC theo công nghệ CAD/CAM-CNC. 23 Chương 3 THIẾT KẾ BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG TRỤ RĂNG CONG TRÊN MÁY TÍNH 3.1 Công cụ phần mềm. Yêu cầu của phần mềm phải mạnh về khả năng thiết kế và mô phỏng, giao diện người dùng phải thân thiện, trực quan và tương thích cao với phần cứng thiết bị gia công. Autodesk Inventor là phần mềm thiết kế mô phỏng rất phổ biến trong ngành cơ khí và có nhiều tính năng nổi bật. Mô hình 3D thiết kế trên Autodesk Inventor là một mô hình số 3D chính xác, cho phép người dùng kiểm soát hình dạng, thuộc tính, và các chức năng của môt thiết kế, giới hạn bớt nhu cầu đối với các mô hình vật lý, cũng như giảm bớt chi phí thay đổi thiết kế như trong thiết kế truyền thống khi đưa ra sản xuất. Phần mềm Inventor cũng cung cấp đầy đủ các công cụ cho phép tạo ra các bản vẽ thiết kế, cũng như chế tạo chính xác một cách trực tiếp từ mô hình 3D, và giúp cho những người dùng AutoCAD cảm nhận được những lợi ích của công nghệ mô hình số hoá bằng cách tận dụng đầy đủ các tiện ích của dữ liệu thiết kế dưới dạng DWG, cũng như sản phẩm khác của AutoCAD. Qua phân tích trên, tác giả chọn phần mềm Inventor là công cụ thiết kế và mô phỏng truyền động của bộ truyền bánh răng trụ răng cong. 3.2 Thông số thiết kế của bộ truyền. Thiết kế bộ truyền với các thông số ban đầu cho trước như sau: Mô đun m = 2.5 Số răng Z = 11 răng Bán kính cong của răng R = 80 mm Chiều rộng của bánh răng BTK = 40 mm Đường kinh đỉnh Dđỉnh = 32.5mm Đường kính vòng chia Dđáy = 27.5mm Đường kính chân Dchân=21.25mm 24 3.3 Thiết kế bộ truyền động bánh răng trụ răng cong Quá trình tạo ra các răng dựa trên nguyên lý gia công chép hình bánh răng trụ răng cong, tức là cắt nội suy cung lồi và cung lõm của cùng một rãnh răng bằng dụng cụ cắt có biên dạng là rãnh răng. Như vậy để thiết kế bánh răng trụ răng cong thì cần phải thiết kế: Phôi, dao phay ngón mô đun (biên dạng răng) và đường răng. 3.3.1 Thiết kế phôi Theo thông số ban đầu của của bộ truyền, kích thước của phôi là đường kính 32.5 mm, chiều dài L=50mm. Mở file môi trường thiết kế Standard (mm).ipt, chọn mặt phẳng XY làm mặt phác thảo (Sket 2D), tạo đường tròn có đường kính là 32.5mm. Sử dụng ràng buộc điểm để cố định tâm đường tròn tại góc tọa độ. Hình 3.1: Đường tròn cơ sở Kết thúc môi trường phác thảo phần mềm chuyển sang môi trường Model. Trong môi trường này sử dụng công cụ Extrude tạo khối trụ với đường tròn cơ sở, chiều rộng bằng 40mm. Chọn hướng Symmetric để khối trụ đối xứng qua mặt phẳng phác thảo XY. Như vậy, việc thiết kế khối trụ đã hoàn thành. 25 Hình 3.2: Thông số mặt trụ thiết kế 3.3.2 Thiết kế biên dạng răng. Theo mục 2.2.2, biên dạng của bánh răng trụ răng cong là biên đường cong thân khai. Đường cong thân khai có thể lấy trong thư viện của phân mềm với việc thiết kế một bộ bánh răng trụ răng thẳng có các thông số về mô đun, số răng như bộ truyền bánh răng trụ răng cong cần thiết kế. Mở file môi trường lắp ráp Standard (mm).aim, chọn mặt phẳng XY làm mặt hiển thị. Trong môi trường thiết kế này ta sử dụng công cụ thiết kế bánh răng thẳng Design / Supe Grea. Hộp thoại Spur Gears Component Generator hiện thị, nhập các thông số về bộ truyền cần thiết kế như: - Mô đun (Module) m=2.5 - Khoảng cách trục (Center Distance) A = 27.5mm - Tỉ số truyền (Desired Gear Ratio) i=1 - Số răng (Number Of Teeth) z=11. 26 a b Hình 3.3: Các thông số của bộ truyền bánh răng thẳng a. Thiết lập thông số b. Hiển thị bộ truyền Từ bộ truyên bánh răng thẳng vừa thiết kế xong. Tiến hành tách biên dạng thân khai từ bộ truyền đó. Thực hiện như sau: - Chọn mặt đầu bánh răng làm mặt phẳng phác họa (sketch). - Sử dụng công cụ Project Geometry để lấy giao tuyến của bánh răng với mặt phẳng phác họa vừa tạo. Các giao tuyến này chính là biên dạng thân khai cần thiết kế. - Chọn biên dạng thân khai nằm đối xứng với trục Oy, sao chép nó và chuyển sang file thiết kế phôi ở mực 3.3.1. a b Hình 3.4 : Tách biên dạng răng. a. Công cụ tách biên dạng b. Biên dạng thân khai được tách 27 Để biên dạng thân khai nằm trên mặt phẳng đối xứng và vuông góc với trục của phôi thì mặt phác thảo được chọn là mặt XY. Khi chuyển biên dạng thân khai từ phải lắp ráp sang file thiết kế phôi, có thể biên dạng thân khai không nằm đối xứng với trục Oy. Với trường hợp này ta phải dùng ràng buộc đối xứng đưa chúng về đối xứng với trục Oy. Hình 3.5: Vị trí biên dạng thân khai trong file thiết kế phôi Biên dạng thân khai này được dùng để cắt khối trụ, nên nó có thể được xem như là dao phay ngón mô đun. Như vậy, chiều cao phần lưỡi cắt của dao phải lớn hơn chiều cao của răng. Để thực hiện được điều này, dùng công cụ Exten kéo dài biên dạng thân khai với giới hạn là đường tròn có đường kính 35mm. Hình 3.6: Biên dạng răng được kéo dài 28 3.3.3 Thiết kế đường răng Đường răng của bánh răng trụ răng cong là cung tròn có bán kính R=80mm và nằm trên mặt trụ chứa đường kính vòng lăn của bánh răng . Thiết kế khối trụ chứa đường kính vòng lăn: - Khối trụ này được thiết kế trong file phôi, để thuận tiện trong việc thiết kế thì ta ẩn phôi đã thiết kế trước đó với công cụ Visibility. - Chọn mặt phẳng phác thảo Oxy, sử dụng công cụ vẽ đường tròn tâm O đường kính 27.5mm. - Kết thúc môi trường phác thảo, chọn công cụ Extrude hướng Symmetric chiều cao 50mm để hoàn thành khối trụ. Hình 3.7: Khối trụ đi qua đường kính vòng lăn Thiết kế đường răng: - Tạo một phẳng phẳng tiếp tuyến với khối trụ, với điều kiện là giao tuyến của mặt trụ và mặt phẳng phải chứa giao điểm của đường thân khai với mặt trụ. - Chọn mặt phác thảo là mặt phẳng tiếp tuyến vừa mới tạo, trên mặt phẳng này vẽ một cung tròn có bán kính R= 80. 29 Hình 3.8: Cung tròn trên mặt phẳng tiếp tuyến. - Chiếu cung tròn này lên mặt trụ với phép chiếu vuông góc với mặt phẳng tiếp tuyến. Sử dụng công cụ Sketch 3d với các ràng buộc là cung tròn để thực hiện phép chiếu. Hình chiếu thu được này là đường răng cần thiết kế. Hình 3.9: Đường răng của bánh răng trụ răng cong - Các bước tương tự thiết kế thêm một đường răng đi qua giao điểm còn lại của đường thân khai với khối trụ. Hai đường răng này chính hai đường chạy dao khi gia công bánh răng. 30 Hình 3.10: Hai đường cong răng trong một rãnh răng 3.3.4 Thiết kế bánh răng trụ răng cong. Theo phương pháp gia công chép hình biên dạng răng. Để tạo được một đường răng hoàn chỉnh phải cắt chép hình từng cung của rãnh răng. Công cụ thực hiện là phôi, dao phay chép hình ( biên dạng răng) và lệnh Sweep. Trong môi trường thiết kế, sử dụng lệnh Sweep 2 lần với các lựa chọn: + Đối tượng cắt: Phôi. + Biên dạng cắt: Biên dạng thân khai. + Đường dẫn: đường răng. a b Hình 3.11 : Thiết kế rãnh răng a. Tạo cung lồi b.Tạo cung lõm Khi cắt khối trụ treo hai đường dẫn là cung tròn nằm trên mặt trụ nên ở phần đáy của rãnh răng còn một phần lượng dư không cắt hết. Để xử lý phần lượng dư 31 này phải tiếp tục cắt thêm một lần nữa bằng công cụ Sweep. Kết quả qua hai lần Sweep sẽ được một rãnh răng như hình 3.12