Tạp chí khoa học và công nghệ: Ứng dụng công nghệ CAD-CAM-CAE để thiết kế, chế tạo bánh răng con lăn

Bài báo này trình bày phương pháp thiết lập phương trình biên dạng bánh Cycloid, trong trường hợp ăn khớp EpiCycloid theo đường tròn lăn ngoài và công nghệ chế tạo bánh răng Cycloid. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạp chí khoa học và công nghệ: Ứng dụng công nghệ CAD-CAM-CAE để thiết kế, chế tạo bánh răng con lăn TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAD-CAM-CAE ĐỂ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BÁNH RĂNG CON LĂN APPLICATION OF CAD/CAM/CAE TECHNOLOGY TO THE DESIGN AND MACHINING OF ROLLER GEARS Trần Xuân Tùy Bùi Mạnh Tuấn Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hòa TÓM TẮT Bài báo này trình bày phương pháp thiết lập phương trình biên dạng bánh Cycloid, trong trường hợp ăn khớp EpiCycloid theo đường tròn lăn ngoài và công nghệ chế tạo bánh răng Cycloid. Sử dụng phần mềm CAD-CAM-CAE để dựng hình biên dạng răng Cycloid, theo phương trình biên dạng với công cụ là bảng tính EXCEL và phần mềm Pro/Engineer. Cho phép người thiết kế nhanh chóng dựng bánh răng Cycloid với thông số khác nhau, xây dựng mô hình tính toán ứng suất tiếp xúc răng đĩa Cycloid, tích hợp phần mềm ANSYS và phần mềm PRO/ENGINEER để tính toán ứng suất và chuyển vị. Từ dữ liệu thiết kế, mô phỏng quá trình gia công và lập chương trình gia công trên máy phay CNC. ABSTRACT This paper presents methods that establish the equation of Cycloid-profile gear in case of fitting the circle rolling outside an EpiCycloid and the technology in manufacturing the Cycloid gear. With the use of the CAD/CAM/CAE software for rendering the exact form of the equations and the Cycloid gear deformation tool as the Excel spreadsheet software and Pro/Engineer, designers can quickly gear up again with different parameters Cycloid and build models to calculate stresses that contact Cycloid drives and integrate the ANSYS and Pro/ENGINEER softwares for calculating stresses and transposition. From the designed data, simulation and processing outsourcing programming on the CNC milling machine are established. 1. Đặt vần đề Trong những năm gần đây, bộ truyền bánh răng con lăn có biên dạng răng là đường Cycloid được sử dụng ngày càng rộng rãi. Đây là loại bộ truyền cho tỉ số truyền cao, kích thước nhỏ gọn. Tuy nhiên việc ứng dụng loại bộ truyền bánh răng con lăn vào thực tế còn nhiều hạn chế do sự phức tạp trong quá trình xây dựng biên dạng và gia công chính xác răng đĩa Cycloid. Sản xuất loại bộ truyền này theo phương pháp truyền thống cần có thiết bị chuyên dùng phức tạp và khá đắt tiền. Vì vậy, tiến hành nghiên cứu công nghệ gia công bánh răng con lăn trên máy phay CNC, hay trên các trung tâm gia công, nhằm phát huy tối đa khả năng công nghệ của các máy phay CNC, đạt được độ chính xác và năng suất yêu cầu là vấn đề cần được nghiên cứu. 287 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 2. Phương trình biên dạng Cycloid Biên dạng Cycloid là quỹ tích của một điểm cố định trên một đường tròn khi đường tròn này lăn không trượt trên một đường thẳng hoặc đường tròn cố định khác. Nếu sử dụng một điểm D cũng gắn với đường tròn bán kính r2 nhưng nằm ở bên ngoài thì điểm D sẽ vẽ lên đường EpiCycoid kéo dài D0D1 có phương trình dạng tham số: A x D = − A cosτ + R2 . cos τ r2 (1) A y D = − A sin τ + R2 . sin τ r2 2.1. Phương trình đường EpiCycloid kéo dài Các vòng tròn bán kính r1 và r2 là các vòng tròn lăn và cần thỏa mãn điều kiện : Hình 1. Sự tạo thành đường EpiCycloid r1 = A.z1 , r2 = r1 + A (2) Để có đường EpiCycloid kéo dài đầy đủ thì τ biến thiên từ 0 đến 2π. 2.2. Phương trình đường biên dạng đĩa Cycloid Thay điểm D bằng một vòng tròn bán kính con lăn rc. Khi τ biến thiên từ 0 đến 2π, quỹ đạo điểm D sẽ cho được đường EpiCycloid kéo dài D0D1D2, khi đó đường bao họ các vòng tròn rc sẽ tạo ra các đường bao cách đều, với đường bao phía trong là N0N1N2. Phương trình biên dạng đĩa Cycloid cần dựng: rc . y / D x = xD − Hình 2. Xây dựng biên dạng đĩa Cycloid 2 2 x/ D + y/ D rc .x / D y = yD + (3) 2 2 x / D +y / D 3. Lực tác dụng trong bộ truyền bánh răng con lăn Bộ truyền bánh răng con lăn khi làm việc cần truyền một mômen xoắn T1 từ trục vào đến trục ra, với mômen xoắn T2 = T1.u.η, với u = z1 là tỉ số truyền của bộ truyền, η là hiệu suất của bộ truyền. Do đĩa Cycloid lắp lệch tâm so với tâm trục nên trục vào sẽ tác động lên đĩa Cycloid một lực: 288 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 T1 Ft = (4) z. A với z là số đĩa Cycloid trong một bộ truyền bánh răng con lăn, thường z = 1, 2 hoặc 3. Về mặt lý thuyết đĩa Cycloid tiếp xúc đồng thời với tất cả các con lăn nhưng chỉ có tối đa một nửa số con lăn chịu lực tác dụng. Gọi Frk (với k = 1...n) là các phản lực từ con lăn tác dụng lên đĩa Cycloi ...