Phân tích ứng suất của cặp bánh răng elíp có biên dạng răng là đường thân khai elíp sử dụng phần mềm ANSYS Workbench

Bài báo "Phân tích ứng suất của cặp bánh răng elíp có biên dạng răng là đường thân khai elíp sử dụng phần mềm ANSYS Workbench" trình bày phương pháp phân tích ứng suất của cặp bánh răng elíp có biên dạng thân khai elíp bằng môđun Static Structural của phần mềm ANSYS Workbench 19.2. ANSYS Workbench được sử dụng như một công cụ mô phỏng. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích ứng suất của cặp bánh răng elíp có biên dạng răng là đường thân khai elíp sử dụng phần mềm ANSYS Workbench 651 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022Phân tích ứng suất của cặp bánh răng elíp có biên dạng răng là đường thân khai elíp sử dụng phần mềm ANSYS Workbench Phùng Văn Thơm1 , Nguyễn Thành Trung2,* 1 Trường Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Số 1 Đại Cồ Việt, Thành phố Hà Nội 2 Viện nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương, Số 4 Phạm Văn Đồng, Thành phố Hà Nội *Email: trung2201@gmail.com Tóm tắt. Ngày nay, bánh răng không tròn đang được quan tâm nghiên cứu với ưu điểm tạo ra các bộ biến đổi tốc độ và mômen với kết cấu đơn giản. Các yếu tố về lực như ứng suất, biến dạng, chuyển vị ảnh hưởng đến khả năng tải và tuổi thọ của bánh răng không tròn được nghiên cứu rất hạn chế. Vì vậy, bài báo này trình bày phương pháp phân tích ứng suất của cặp bánh răng elíp có biên dạng thân khai elíp bằng môđun Static Structural của phần mềm ANSYS Workbench 19.2. ANSYS Workbench được sử dụng như một công cụ mô phỏng. Mô hình 2D của một cặp bánh răng elíp có biên dạng răng thân khai elíp tạo hình bằng thanh răng sinh hình thang cân đã được thiết kế bằng chương trình viết trên Matlab. Sau đó, mô hình 3D của cặp bánh răng elíp được xây nhờ sự kết hợp giữa các phần mềm Matlab, Auto Cad, SolidWorks và được nhập vào ANSYS Workbench dưới định dạng tệp thích hợp. Trong môi trường làm việc ANSYS Workbench, mô hình 3D được chia lưới với các tiêu chuẩn đã được xem xét. Các kết quả mô phỏng nhằm tìm ra sự phân bố ứng suất (von – mises) và tổng biến dạng của răng trên bánh răng elíp với vật liệu là thép kết cấu. Từ khóa: Bánh răng elíp, thân khai elíp, ANSYS Workbench, ứng suất, chuyển vị.1. Đặt vấn đề Bánh răng không tròn (BRKT) được đề xuất lần đầu tiên bởi Giovandi Dondi vào thế kỷ thứXIV [1], sau đó được Leonardo Da Vinci nghiên cứu và phát triển ứng dụng trong máy móc và thiết bị[2]. Cho đến ngày nay, BRKT đã được nghiên cứu và phát triển cho các loại máy và thiết bị khác nhautrong công nghiệp, nhằm thay thế các bộ truyền bánh răng trụ tròn truyền thống kết hợp với một hệ cơkhi phức tạp để tạo ra các chuyển động có mô men và tỷ số truyền biến đổi phù hợp với yêu cầu côngnghệ như: Cơ cấu cấy lúa trong máy nông nghiệp [3, 4]; Bộ dẫn động rôto của bơm Root [5]; Bộtruyền động của máy khai thác khí đốt [6]; Cải tiến các loại bơm bánh răng trụ tròn [7, 8, 9] thành cácloại bơm bánh răng không tròn thế hệ mới [10, 11, 12] được dẫn động bằng các loại bánh răng elíp hayđược ứng dụng trong các cơ cấu lái của Rôbốt tự hành trong lĩnh vực quân sự [13], v.v… Qua đó, cóthể thấy BRKT đang là một chủ đề được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Do ngày nay với khả năngcông nghệ gia công chính xác cũng như các phương pháp gia công hiện đại phi truyền thống thì chiphí gia công của BRKT được hạ giá thành tiệm cận như bánh răng trụ tròn truyền thống. Chính vì vậy,đã có nhiều chủ đề nghiên cứu khác nhau về BRKT như: (i) Thiết kế biên dạng răng, ở chủ đề này đãcó nhiều đề xuất các đường cong khác nhau để thiết kế biên dạng răng của BRKT như biên dạng thânkhai truyền thống [14, 15, 16], cung tròn [17, 18, 19, 20], biên dạng thân khai elíp [21], biên dạngcycloid [22, 23, 24], biên dạng cycloid cải tiến [25, 26, 27, 28]; (ii) Nghiên cứu và tìm các điều kiện đểthiết kế các hệ BRKT khác nhau như: hệ bánh răng không tròn thường [25, 27], hệ bánh răng khôngtròn kiểu vi sai hành tinh [15, 22, 29], hệ bánh răng không tròn phẳng [22, 29], hệ bánh răng khôngtròn không gian [30]; (iii) Nghiên cứu về đặc điểm hình dạng hình học của biên dạng răng [31]; (iv)Nghiên cứu về khả năng ứng suất và chịu tải trọng của các loại BRKT [32]. Trong những chủ đề trên, các chủ đề về thiết kế biên dạng và thiết kế các hệ BRKT được thựchiện khá phổ biến còn nghiên cứu về khả năng ứng suất và chịu tải trọng thì ít được nghiên cứu bởinhiều nguyên nhân: (1) Mômen trong BRKT là một hàm biến đổi, (2) chiều dài cung ăn khớp ở mỗirăng là khác nhau, (3) kích thước và hình dạng của các răng ở vị trí khác nhau trên BRKT là khác nhau 652 Phùng Văn Thơm, Nguyễn Thành Trungđiều đó dẫn đến ứng suất, biến dạng, chuyển vị của các răng khác nhau trên BRKT là khác nhau trongquá trình làm việc. Để giải quyết những vấn đề nêu trên cho bánh răng elíp biên dạng thân khai elíp làmột loại BRKT được sử dụng phổ biến nhất, bài báo này trình bày những nội dung cụ thể như sau:Các mô hình toán học thiết kế bánh răng elíp biên dạng thân khai elíp được trình bày trong phần 2;Các thông số cài đặt phục vụ cho bài toán m ...