LUẬN VĂN Nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc

  TÓM TẮT
“NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HỘP GIẢM TỐC”
Hiện nay, việc thiết kế hộp giảm tốc được thực hiện bằng tay nên tốn nhiều thời gian và công sức. Do đó, cần tiến hành nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc. Phần mềm có khả năng tính toán, thiết kế bằng ngôn ngữ lập trình Visual Basic và vẽ tự động bằng ngôn ngữ lập trình AutoLisp.
ABSTRACT
“A PROPOSAL FOR AUTOMATIC DESIGN OF GEARBOX”
Today, the design of the gearbox is done by hand so much time and effort. Therefore, it is necessary to research designed automatic gearbox. The software is able to calculating and designing Visual Basic programming language and automatic drawing AutoLisp programming language.
iv
MỤC LỤC
TRANG
Lời cam đoan i
Cảm tạ ii
Tóm tắt iii
Mục lục iv
Danh sách các hình vii
Danh sách các bảng x
Chương 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .............................................................................................. 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .................................................................... 1
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................. 2
1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài .................................................................. 2
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................................... 2
1.4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu ........................................................... 2
1.5 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 2
1.6 Kết cấu của luận văn ............................................................................. 2
Chương 2. TỔNG QUAN ........................................................................................... 4
2.1 Hộp giảm tốc ......................................................................................... 4
2.1.1 Định nghĩa ............................................................................................. 4
2.1.2 Phân loại ................................................................................................ 5
2.1.3 Ứng dụng ............................................................................................... 6
2.2 Các thành phần của hộp giảm tốc.......................................................... 6
2.2.1 Bánh răng .............................................................................................. 6
2.2.2 Trục ....................................................................................................... 6
2.2.3 Then ....................................................................................................... 7
2.2.4 Ổ lăn ...................................................................................................... 7
2.2.5 Vỏ hộp ................................................................................................... 7
2.2.6 Các chi tiết phụ ...................................................................................... 7
2.3 Các yêu cầu thiết kế .............................................................................. 7
2.4 Vấn đề thiết kế ....................................................................................... 8
2.4.1 Thiết kế tay ............................................................................................ 8
2.4.2 Thiết kế với sự hỗ trợ của phần mềm .................................................... 8
2.4.3 Thiết kế tự động .................................................................................... 8
v
2.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước ..................................................... 8
2.4.1 Các nghiên cứu ngoài nước ................................................................... 8
2.4.2 Các nghiên cứu trong nước ................................................................... 9
2.4.3 Các hạn chế tồn tại ................................................................................ 9
Chương 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 10
3.1 Trình tự tính toán ................................................................................. 10
3.1.1 Bộ truyền bánh răng trụ ....................................................................... 10
3.1.2 Tính toán bộ truyền bánh côn .............................................................. 18
3.1.3 Tính toán bộ truyền trục vít – bánh vít ................................................ 25
3.1.4 Tính toán trục ...................................................................................... 29
3.2 Lập trình AutoLisp .............................................................................. 30
3.2.1 Căn bản về AutoLisp ........................................................................... 30
3.2.2 File chương trình AutoLisp ................................................................ 33
Chương 4. THIẾT KẾ CHI TIẾT SỬ DỤNG PHẦN MỀM INVENTOR .............. 36
4.1 Phần mềm Autodesk Inventor ............................................................. 36
4.1.1 Giới thiệu ............................................................................................. 36
4.1.2 Các bước thiết kế sử dụng Module Design Accelerator ..................... 36
4.1.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ - spur gear ....................................... 37
4.1.3 Thiết kế bộ truyền bánh răng côn - bevel gear .................................... 39
4.1.4 Thiết kế bộ truyền trục vít bánh vít – worm gear ................................ 41
4.1.5 Thiết kế trục – shaft ............................................................................. 43
4.1.6 Thiết kế ổ lăn – bearing ....................................................................... 44
4.2 Trình tự lắp ráp hộp giảm tốc .............................................................. 45
4.2.1 Tạo các đơn vị lắp ............................................................................... 45
4.2.2 Lắp ghép các cụm chi tiết .................................................................... 46
4.2.3 Mô phỏng lắp ráp hộp giảm tốc .......................................................... 46
Chương 5. XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG .............................. 54
5.1 Quy trình thiết kế tự động ................................................................... 54
5.2 Quy trình tính toán thiết kế ................................................................. 55
5.2.1 Giao diện chương trình ........................................................................ 55
5.2.2 Quy trình tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng ................................ 55
5.2.3 Quy trình tính toán thiết kế trục .......................................................... 57
5.3 Quy trình vẽ tự động ........................................................................... 59
5.3.1 Lưu đồ giải thuật ................................................................................. 59
5.3.2 Giao diện chương trình ........................................................................ 60
5.3.2 Vẽ tự động ........................................................................................... 60
Chương 6. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .......................................................... 62
6.1 Tính toán thiết kế tay ........................................................................... 62
6.1.1 Thông số thiết kế ................................................................................. 62
6.1.2 Tính toán thiết kế tay ........................................................................... 62
6.2 Tính toán thiết kế tự động ................................................................... 65
vi
6.3 So sánh đánh giá kết quả ..................................................................... 69
Chương 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................. 70
7.1 Kết luận ............................................................................................... 70
7.2 Kiến nghị ............................................................................................. 70
Tài liệu tham khảo………………………………………………………………….77
Phụ luc 1: Hướng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm tính toán ................................ 73
Phụ luc 2: Hướng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm vẽ tự động.............................. 77
Phụ luc 3: Code thêm Menubar trong AutoCad ........................................................ 80
Phụ luc 4: Code tạo cây thư mục cho Menubar trong AutoCad ............................... 80
Phụ luc 5: Code AutoLisp vẽ bánh răng trụ .............................................................. 84
Phụ luc 6: Code Visual Basic tính toán bộ truyền bánh răng ................................... 90
Phụ luc 7: Code Visual Basic kiểm nghiệm bộ truyền bánh răng .......................... 101
vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 2.1: Các loại hộp giảm tốc thông dụng trong thực tế ......................................... 4
Hình 2.2: Phân loại theo truyền động ......................................................................... 5
Hình 2.3: Phân loại theo số cấp ................................................................................... 5
Hình 2.4: Phân loại theo vị trí giữa các trục ............................................................... 6
Hình 2.5: Các bộ truyền bánh răng ............................................................................. 6
Hình 2.6: Vỏ hộp giảm tốc .......................................................................................... 7
Hinh 3.1: Biểu thức trong AutoLisp ......................................................................... 31
Hình 4.1: Thẻ thiết kế của bộ truyền bánh răng trụ .................................................. 37
Hình 4.2: Thẻ tính toán của bộ truyền bánh răng trụ ................................................ 38
Hình 4.3: Thẻ thiết kế của bộ truyền bánh răng côn ................................................. 39
Hình 4.4: Thẻ tính toán của bánh răng côn ............................................................... 40
Hình 4.5: Thẻ thiết kế của bộ truyền trục vít – bánh vít ........................................... 41
Hình 4.6: Thẻ tính toán của trục vít – bánh vít ......................................................... 42
Hình 4.7: Thẻ thiết kế của trục .................................................................................. 43
Hình 4.8: Thẻ tính toán của trục................................................................................ 44
Hình 4.9: Thẻ biểu đồ của trục .................................................................................. 44
Hình 4.10: Thẻ thiết kế của ổ lăn .............................................................................. 45
Hình 4.11: Thẻ tính toán của ổ lăn ............................................................................ 45
Hình 4.12: Thư viện mô hình chi tiết máy hộp giảm tốc bánh răng trụ .................... 49
Hình 4.13: Các cụm lắp ráp trên thân hộp giảm tốc bánh răng trụ ........................... 49
viii
Hình 4.14: Mô hình hộp giảm tốc bánh răng trụ ....................................................... 49
Hình 4.15: Thư viện mô hình chi tiết máy hộp giảm tốc bánh răng côn .................. 50
Hình 4.16: Các cụm lắp ráp trên thân hộp giảm tốc bánh răng côn .......................... 51
Hình 4.17: Mô hình hộp giảm tốc bánh răng côn ..................................................... 51
Hình 4.18: Thư viện mô hình chi tiết máy hộp giảm tốc trục vít – bánh vít ............ 52
Hình 4.19: Các cụm lắp ráp trên thân hộp giảm tốc trục vít – bánh vít .................... 53
Hình 4.20: Mô hình hộp giảm tốc trục vít – bánh vít................................................ 53
Hình 5.1: Sơ đồ quy trình thiết kế tự động hộp tốc độ .............................................. 54
Hình 5.2: Giao diện chương trình tính toán thiết kế ................................................. 55
Hình 5.3: Lưu đồ giải thuật quy trình tính toán thiết kế ........................................... 56
Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật quy trình tính toán thiết kế ........................................... 58
Hình 5.5: Sơ đồ quy trình vẽ tự động ........................................................................ 59
Hình 5.6: Giao diện chương trình vẽ tự động ........................................................... 60
Hình 5.7: Giao diện nhập giá trị ................................................................................ 60
Hình 5.8: Giao diện thư viện ..................................................................................... 61
Hình 6.1: Khởi động chương trình tính toán thiết kế ................................................ 65
Hình 6.2: Biểu tượng chương trình tính toán thiết kế ............................................... 65
Hình 6.3: Giao diện chương trình tính toán thiết kế ................................................. 66
Hình 6.4: Giao diện nhập dữ liệu tính toán thiết kế .................................................. 66
Hình 6.5: Kết quả của chương trình tính toán thiết kế .............................................. 66
Hình 6.6: Các thông số cơ bản của bộ truyền ........................................................... 67
Hình 6.7: Chọn chức năng tính toán kiểm nghiệm ................................................... 67
Hình 6.8: Giao diện kiểm nghiệm của phần mềm thiết kế bộ truyền bánh răng ...... 67
ix
Hình 6.9: Giao diện phần lưu kết quả của phần mềm ............................................... 68
Hình 6.10: Giao diện phần lưu kết quả ..................................................................... 68
Hình 6.11: Giao diện lưu kết quả thành công ........................................................... 69
x
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG TRANG
Bảng 3.1: Hệ số tập trung tải trọng ........................................................................... 11
Bảng 3.2: Hệ số tải trọng động bánh răng trụ răng thẳng ......................................... 14
Bảng 3.3: Hệ số tải trọng động bánh răng trụ răng nghiêng .................................... 15
Bảng 3.4: Bảng chọn giá trị z1p ................................................................................. 20
Bảng 3.5: Bảng hệ số tải trọng tính bộ truyền bánh răng côn ................................... 22
Bảng 3.6: Bảng hệ số tải trọng động bộ truyền trục vít ............................................ 27
Bảng 6.1: Kết quả thiết kế thủ công bộ truyền bánh răng ......................................... 65
Bảng 6.2: Kết quả của chương trình thiết kế bộ truyền bánh răng ........................... 69
Bảng 6.3: Kết quả so sánh của giá trị tính toán tay và tính toán bằng phần mềm .... 69
1
Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Tự động hóa trong tất cả lĩnh vực hiện đang được xã hội quan tâm đặc biệt bởi nhờ nó năng suất lao động được nâng cao, chất lượng sản phẩm ổn định và tốt hơn, nhiều ý tưởng mới có cơ hội trở thành hiện thực. Tự động hóa trong thiết kế máy, chi tiết máy cũng không nằm ngoài quy luật chung đó, Khi mới xuất hiện, tin học không có nhiều ứng dụng trong cuộc sống mà chủ yếu phục vụ cho ngành khoa học cơ bản nhằm giải quyết các bài toán lớn, mất nhiều thời gian tính toán hay những bài toán đòi hỏi sự chính xác gần như tuyệt đối.
Trước kia, để thiết kế chế tạo ra chi tiết máy mới, các kỹ sư phải tốn rất nhiều thời gian để thiết kế và tính toán các thông số kỹ thuật sao cho chính xác. Trong quá trình thiết kế các bản vẽ bằng tay họ phải lặp đi lặp lại một số chi tiết hay khi vẽ sai phải thực hiện bản vẽ đó lại từ đầu. Điều này khiến cho người thiết kế mất rất nhiều thời gian và làm giảm chất lượng bản vẽ. Từ thực tế đó, rất nhiều kỹ sư thiết kế mong muốn có được công cụ hỗ trợ mình trong công việc thiết kế nhằm nâng cao chất lượng bản vẽ. Nắm bắt nhu cầu này, các công ty phần mềm đã cho ra đời một loạt các phần mềm hỗ trợ như AutoCad, Inventor, Solidworks, ProE, Catia,…
Tuy nhiên, bản chất công việc thiết kế với AutoCad hoặc các phần mềm cùng tương đương vẫn là công việc thiết kế thủ công. Kỹ sư thiết kế phải vẽ hoặc chọn các chi tiết, cụm chi tiết và hoàn thiện bản thiết kế trên cơ sở dựa vào các yêu cầu kỹ thuật.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc nhằm giảm thời gian tính toán thiết kế, vẽ hộp giảm tốc bằng phương pháp thủ công.
2
1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề xuất phương pháp thiết kế tự động hộp giảm tốc.
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Giảm thời gian tính toán thiết kế, cho phép tự động hóa công việc tính toán thiết kế một số mẫu hộp giảm tốc.
Không yêu cầu người sử dụng, có kiến thức và trình độ cao về thiết kế.
1.4 Phạm vi và nội dung nghiên cứu
Trong khuôn khổ của luận văn, việc nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi nghiên cứu thiết kế tự động hộp giảm tốc. Các nội dung kết nối với hộp giảm tốc không thuộc phạm vi nghiên cứu.
Đề tài thực hiện với các nội dung chủ yếu sau:
 Nghiên cứu tổng quan về nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc.
 Nghiên cứu lý thuyết và tính toán thiết kế hộp giảm tốc.
 Đề xuất cách thức, phương pháp thiết kế tự động hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng một cấp, trên nền tảng sử dụng ngôn ngữ lập trình AutoLisp của phần mềm AutoCad.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu phân tích lý thuyết như phân tích các nguồn tài liệu, sách, tạp chí có liên quan đến đề tài.
Phương pháp thực nghiệm kiểm tra kết quả tính toán thiết kế của phần mềm với kết quả tính toán thiết kế tay.
1.6 Kết cấu của luận văn
Nội dung thuyết minh của luận văn bao gồm:
 Chương 1: Mở đầu
3
Giới thiệu lý do chọn đề tài và ý nghĩa của đề tài.
 Chương 2: Tổng quan
Giới thiệu chung về lĩnh vực nghiên cứu, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, từ đó đưa ra phương hướng giải quyết các tồn tại sẽ thực hiện trong đề tài.
 Chương: Cơ sở lý thuyết
Trình bày cơ sở lý thuyết phục vụ cho quá trình tính toán thiết kế.
 Chương 4: Thiết kế chi tiết sử dụng phần mềm Autodesk Inventor
Tạo các bản vẽ 3D chi tiết, lắp ráp thành hộp giảm tốc hoàn chỉnh.
 Chương 5: Xây dựng quy trình thiết kế tự động
Xây dựng cơ sở dữ liệu liên quan để từng bước hình thành phần mềm tính toán thiết kế.
 Chương 6: Kiểm nghiệm và đánh giá
Tính toán tay và đem so sánh kết quả với phần mềm.
 Chương 7: Kết luận và kiến nghị.
Khả năng đạt đượcvà hướng mở rộng của đề tài.
 Tài liệu tham khảo
 Phụ lục
4
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Hộp giảm tốc
2.1.1 Định nghĩa
Hộp giảm tốc là một bộ phận quan trọng của máy, dùng để truyền công suất từ động cơ điện đến trục chính, là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi được dùng để giảm vận tốc góc và tăng momen xoắn.
Hộp giảm tốc là hệ thống các bộ truyền bánh răng trong hộp kín dùng để giảm tốc độ và truyền công suất từ động cơ đến bộ phận công tác. Thông thường, hộp giảm tốc được chế tạo sẵn, do đó khi cần, ta có thể lựa chọn theo tỷ số truyền và

..............................

Chương 7
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
7.1 Kết luận
Nhằm đạt được những mục tiêu đặt ra ban đầu, trong hơn sáu tháng thực hiện, với những nổ lực hết mình, đề tài đã thực hiện đầy đủ nội dung nghiên cứu. Những vấn đề mà đề tài đã giải quyết được gồm:
 Nghiên cứu về lý thuyết thiết kế hộp giảm tốc.
 Xây dựng được hệ thống chương trình tính toán hộp giảm tốc.
 Xây dựng giải thuật phần mềm thiết kế tự động hộp giảm tốc.
 Viết thành công phần mềm thiết kế tự động hộp giảm tốc.
 Kết quả xuất được bản vẽ thiết kế đạt yêu cầu.
7.2 Kiến nghị
Trong quá trình triển khai thực hiện đề tài đã nảy sinh nhiều vấn đề mà với phạm vi thời gian hạn hẹp, hạn chế về kiến thức của người nghiên cứu những vấn đề đó chưa được giải quyết trọn vẹn cả về khía cạnh ứng dụng cũng như nội dung khoa học. Để tránh lãng phí và nghiên cứu trùng lặp, người nghiên cứu đua ra một số kiến nghị sau:
Cơ sở dữ liệu thư viện cho hộp giảm tốc còn hạn chế. Do đó, cần bổ sung cơ sở dữ liệu cho đầy đủ, đa dạng.
Phần mềm tính toán thiết kế, vẽ tự động mới dừng lại ở một vài hộp giảm tốc. Do đó, dựa trên quy trình tính toán mà đề tài đã thực hiện từ đó phát triển, xây dựng thêm cho các hộp giảm tốc khác.
Đề tài chỉ dừng lại ở việc đưa ra các bản vẽ chi tiết, chưa đề cập đến bản vẽ chế tạo, quy trình công nghệ chế tạo hộp giảm tốc.