Tối Ưu hóa giá thành Để phân phối tỷ số truyền tối Ưu cho hệ dẫn Động cơ khí dùng hộp giảm tốc bánh răng côn

Thiết kế tối ưu hộp tăng tốc [2], cách phân phối tối ưu tỉ số truyền trong hệ bánh răng nhiều cấp thỏa mãn các ràng buộc về động học và độ bền đã được chỉ ra trong nghiên cứu [3].. Việc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BAO CAO TONG KET

DE TAI KHOA HOC VA CONG NGHE CAP TRUONG

TOI UU HOA GIA THANH DE PHAN PHOI Ti SO TRUYEN TOI UU CHO

HE DAN DONG CO KHi DUNG HOP GIAM TOC BANH RANG CON

Mã số: T2019-B40

Chú nhiệm đề tài

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA ĐẺ TÀI

1 Tran Thi Phuong Thao Chủ nhiệm đề tài

2 Trần Thị Hải Yến Cộng tác viên

6 Lê Thị Phương Thảo, Cộng tác viên

I1 _ Ngô Quốc Huy Cộng tác viên

12 Nguyễn Thế Đoàn Cộng tác viên

DANH MUC CAC SAN PHAM KHOA HOC

03 bài báo qu ốc t é:

1) Tran Thi Hong, Vu Trung Tuyen, Bui Thanh Danh, Tran Thi Phuong Thao,

Nguyen Thi Thanh Nga,Tran Ngoc Giang, Nguyen Thanh Tu4 and Vu Ngoc Pi (2020),

"Optimization of Transmission Ratios for Two-stage Bevel Helical Gearboxes Based on Mass Function", International Journal of Engineering Research and Technology, pp

1692-1699

2) Bui Thanh Danh, Tran Thi Phuong Thao, Tran Ngoc Huy Thinh, Nguyen Huu Quang, Le Hoang Anh, Trinh Kieu Tuan, Tran Ngoc Giang, Nguyen Thanh Tu (2021), "

Determination of Optimum Gear Ratios of Two-stage Bevel Helical Gearboxes for

Getting Minimum Gearbox Volume", JCERA 2021

3) Nguyen Hong Linh, Tran Thi Phuong Thao, Dang Quoc Cuong, Trinh Kieu Tuan4, Le Hoang Anh, Nguyen Anh Tuan, Nguyen Thanh Tu, and Tran Ngoc Giang, ” Optimization of Transmission Ratios for Two-stage Bevel Helical Gearboxes Based on

Cost Function”, ICERA 2021

THONG TIN KET QUA NGHIEN CUU viccsccccscssssssssscssscssessrsssessecsrecsusesvesseeseeeavenss vi

INFORMATION ON RESEARCH RE§SULTS -2 222¿222222+2E2vzccrerres vii PHAN MG DAU vecsssccssssesssseessssessssecsssecsssseessves " ốẽ ẽ.ẽ 1

1 Tính cấp thiết của đề tài se 2x 112 111 1112111011121 10101101101 xe 1

2; Mũe tiểu, của nphiễn GỮU s::72sssssosssasi eau uence sườn 2

4:-Phữơiip-pHáp-hghHIệH:ŒÚU2zssrrsvrrrvtrvvovattorVtevitEEEot012XET nát EVi 19/9, 121911/:122259119/0727v2 5E 2

1.1 Các hệ dẫn động và hệ dẫn động cơ khí - 5+ ©++cx2£x2zserxezrxerree 3 1.2 Sự cần thiết của tối ưu hóa hệ dẫn động cơ khí c¿©ccse+cvsczee 7

1.3 Mục tiêu của đề tài -222ccccrx2 2271102712121 eeerrree 8 ]

LAW Kt finn Chtrotag D cssneacessncsnccvscocreesvnaveeecsncaenssnssseeteetanagvtsccassnscyar 9 Chute 2: TONG QUAN susacssseenuuntenem anette amuneemmmremanns 10 q

2.1 Tổng quan về tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí - 2: 10 J 2.2 Tinh toán tối ưu hộp giảm tốc trong hệ đẫn động cơ khí - 12

2.2.1 Các nghiên cứu của láo giả TODBDƯỚC¡seosousiaosoeoanugøsnasusen 12 2.2.2 Các nghiên cứu của tác Ø1 hƯỚC ngOàiI c5 sccsxsreres 18 2.4.— Kếtluận chưởn sec: cccreecreeeiEnnrirsrenrrinritiearnirrrriiirrirrnritrsarsasredaensie 22;

Chương 3 XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH PHÂN PHÓỐI TỈ SÓ TRUYỀN 23————

3,0,:O#ơ kết:quá và phần tÍGHisssisssselsssinsnisba liixiatg HỆtiaiEsHaygbiisisiytustyiftuui 30 | 3.2.1 Các thông số đầu vào đưa vào mô hình thí nghiệm . :¿ 30

3.2.2 Phân tích kết quả và đánh giá - + ©2++22E2C2E2E2211212712 211cc 34

3.4 Đánh giá mức độ phù hợp của mô hình ¿- ¿+ s+zx+xvzvzsrsrvzvss 45 3.5, K€t ludn CHUON oocsccssccsssecsssesssesssecssssssvsssvscssvcssvsssvsssscssvessvscsveceuvesstecssessseceses 48

Chương 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC CÔNG THỨC PHÂN PHÓI TỶ

Ã)2_— Đề KH cn-cree.ceevrEeoesssseazzterkrEesSOTT Su an aap ae OE aaa ne EL 54

HÌNH VẼ

Hình I I: Một số sơ đồ truyền động bằng ma sát - 55c 2222 1111112211 6 Hình 1 2: Một số sơ đồ truyền động bằng ăn khớp - c¿22ccc2czEzzErrrrrrsrez 6

Hình 2 1: Biểu đồ quan hệ giữa tí số truyền chung của hộp tăng tốc 12

2: Biểu đồ quan hệ giữa tỉ số truyền của Hộp TA T0 so 13 Hình 2 3: Mối quan hệ giữa tỉ số truyền chung của hộp và tỉ số truyền các cấp [2]13

4 : Mối quan hệ giữa tỉ số truyền của hộp và cccccccscc2ccrirrrrrrerrsees 14

Hình 2 10: Chọn uy theo yêu cầu gia công vỏ LG Peet etre ern erent aerate ee 18

Hình 2 11: Chọn u¡ theo dự kiến kết cấu và yêu cầu bôi trơn -. -:cccccccc¿ 18 Hình 2 12: Chọn u¡ theo yêu cầu tổng khoảng cách trục nhỏ nhất -: 19

Hình 2 13: Chọn u¡của hộp đồng trục . c- +6 2x 2x2 x2E11211111112115212125Xe2 19

——————————ttinhr2-1†4:ChợnuT bánhrăng côn trong hộp giảm tốc côn trg: cecccceeearnairarrraa 19

Hình 2 15: Chọn tỉ số truyền cấp nhanh ul va cấp trung gian cho HGT bánh răng tEÙ2 0A0 ằ ẽẽ.ẽốẽ ẽẽẽẽẽn- 19 Hình 2 16: Chọn tỉ số truyền cấp nhanh ul va cấp trung gian cho HGT côn trụ 3

-Ïv=

Hình 3 I: Sơ đồ hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp -¿© +22+22xxt2Ex22xxczrkerrreee 23

Hình 3 2 Ảnh hướng của các thông số chính đến uạ : Hình 3 3.Đồ thi Pareto các yéu té dau vao anh hung dén u, theo ham thé tich 34 Hình 3 4 Ảnh hưởng của các tương tác tới uị xét hàm thể tích

Hình 3 5 Phân bố chuẩn ảnh hưởng của các thông số và tương tác đến uụ Hình 3 6 Đồ thị các ảnh hưởng chính của các thống số đến u¡ xét hàm khối lượng

S839 TRDYSHNGĐĐSEHRLRSLIIB031p0/418t8AS6AASAnluagsutflo TS côn 36 Hình 3 7 Phân bố chuẩn ảnh hưởng của các thông số và tương tác đến u¡ xét hàm

Hình 3 8 Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hướng đến u; xét hàm khối lượng 37 Hình 3 9 Đồ thị Pareto của các yếu tố ảnh hưởng đến u; xét hàm khối lượng 38 Hình 3 10 Ảnh hướng của các thông số chính đến u;, -:¿-c-2c:z+ 38 Hình 3 11 Biểu đồ pareto ảnh hưởng của các thông số đầu vào và tương tác giữa

khi xt ham 01 8a 40

Hình 3 14 Các biều đồ phân bố đánh giá sai số của uạ khi xét hàm thể tích 46 Hình 3 15 Các biều đồ phân bố đánh giá sai số của uị khi xét hàm khối lượng 46 Hình 3 16 Các biều đồ phân bố đánh giá sai số của u; khi xét hàm giá thành 47

Hình 4 1: Chon uy d6i với hộp côn trụ 2 cấp -:-+++22++v+czxrtzrrxeerrrreree 49

BANG BIEU

Bang 3 1 Théng sé đầu vào và mức khảo sát khi xét theo hàm thể tích 30 Bảng 3 2 Thông số đầu vào và mức khảo sát khi xét theo hàm khối lượng 3l Bảng 3 3 Các thông số đầu vào và mức khảo sát khi xét theo hàm giá thành 31 Bang 3 4 Ma tran thi nghiém va két qua tinh ti số truyền u, xét theo hàm thể tích32 Bảng 3 5 Ma trận thí nghiệm và kết quả tính tỉ số truyền u¡ xét theo hàm khối

Bảng 3 6 Ma trận thí nghiệm và kết quả tính tỉ số truyền uạ xét theo hàm giá thành

Bảng 3 7.Hệ số ước tính của các thông số đầu vào và tương tác giữa chúng để xác

định uị khi xét hàm thể tíÍcH «is 1161401006000/1104111801/E1951ã,14e16 4I

Bảng 3 8 Hệ số tương quan của các thông số đầu vào và tương tác giữa chúng dé

Bảng 3 9 Hệ số tương quan của các thông số đầu vào và tương tác giữa chúng để xác định uạ khi xét hàm giá thành - co cv 1393912404161630191 15134164 0x3 ghưệp 44

Bảng 4 1: Thông số đầu vào và TST phân phối theo kinh nghiệm

Bảng 4 2: Kích thước cơ bản của các bộ truyền trong HDĐ côn trụ 2 cấp

Bang 4 3 Thông số đầu vào và TST phân phối theo công thức tối ưu 51

Bảng 4 4 Kích thước cơ bản của các bộ truyền trong HDĐ côn trụ 2 cấp khi TST

phân phối theo công thức tối ưu c-552cc22++tttttrrttrtrrrtttrrrirriiiriiirie 51 Bảng 4 5 So sánh giá thành khi phân phối theo công thức đã tối ưu và chưa tối ưu

theo giá tHÀNH: ssss2ssxcseixmsosddttrrineanlrsfbiABassst1600144/341<63146A01kerkxszAr4 ee 52

a

=VÏ=-

DAI HOC THAI NGUYEN TRUONG DH KY THUAT CONG NGHIEP

THONG TIN KET QUA NGHIEN CUU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Tối ưu hóa giá thành để phân phối tỉ số truyền tối ưu cho hệ dẫn động

cơ khí dùng hộp giảm tôc bánh răng côn

- Mã số: T2019-B40

- Chủ nhiệm dé tài: ThS Trần Thị Phương Thảo

- Tổ chức chủ trì: Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp

- Thời gian thực hiện: Tháng 05 năm 2019 đến tháng 05 năm 2020

2 Mục (iêu:

Mục tiêu của dé tài là nghiên cứu phân phôi tôi ưu tỉ số truyện cho hộp giảm

tôc bánh răng côn trụ 2 câp

3 Kết quả nghiên cứu:

Đưa ra được các công thức phân phối tỉ số truyền dưới dạng hàm hiển cho các bộ truyền trong hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp theo tiêu chí giá thành của hộp nhỏ nhât có sử dụng một thí nghiệm mô phỏng

4 Sản phẩm:

-_ Sản phẩm khoa học: 03 bài báo tạp chí Quốc tế:

5 Hiệu quả: Thể tích, khối lượng giá thành của hệ giảm

6 Khả năng áp dụng và phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu:

- Áp dụng để phân phối tỉ số truyền hợp lý cho hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp

- Dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên trong việc thiết kế đồ án về hệ dẫn động có sử dụng hộp giảm tốc côn trụ 2 cap

4 Products:

- Three Scpus papers

5 Effects: Volume, mass and cost of the system decreases

6 Transfer alternatives of reserach results andapplic ability:

- The results of the research can be used for optimum determination of partial ratios

of amechanical-system_using two Stage Bevel Helical Gearbox

- The results of the research can be used as documents for education in technical

gearbox

PHAN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển như vũ bão của xã hội nói chung và của khoa học kỹ thuật nói riêng, các ngành công nghiệp cũng không nam ngoài vòng xoáy đó Lĩnh vực cơ khí chế tạo máy vì thế đang đứng trước nhiều vấn

đề cần giải quyết Các sản phâm cơ khí cũng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng

và tính chất sử dụng Chính vì vậy, vấn đề thiết kế tối ưu chỉ tiết máy hay hệ dẫn

động cơ khí được đặc biệt quan tâm

Để truyền động từ động cơ đến các cơ cấu công tác có tốc độ và quy luật

chuyển động khác nhau, các bộ truyền động cơ khí, hộp giảm tốc và các bộ truyền

ngoài được sử dụng khá phổ biến Một hệ dẫn động cơ khí có thể gồm hộp giảm tốc

và bộ truyền ngoài đai hoặc xích, có thể chỉ gồm hộp giảm tốc Cho đến nay có khá

nhiều công trình nghiên cứu trong nước và nước ngoài về tính toán tối ưu cả về hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài Các nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hộp giảm tốc theo chỉ tiêu khác nhau như khối lượng, thể tích nhỏ nhất vv

Trong việc thiết kế tối ưu một hệ dẫn động thì thì thiết kế tối ưu hộp giảm tốc

và việc rất quan trọng vì hộp giảm tốc được sử dụng trong hầu hết các hệ dẫn động

cơ khí và chiếm tỉ trọng giá thành không nhỏ trong hệ Việc phân phối tối ưu tỉ số truyền trong hộp giảm tốc là vấn đề có ý nghĩa quyết định [1] Thiết kế tối ưu hộp tăng tốc [2], cách phân phối tối ưu tỉ số truyền trong hệ bánh răng nhiều cấp thỏa mãn các ràng buộc về động học và độ bền đã được chỉ ra trong nghiên cứu [3]

Trong một số nghiên cứu cũng đã giới thiệu cách phân phối tỉ số truyền trong hộp giảm tốc trục vít — bánh răng từ một số tiêu chí như thiết kế hộp giảm tốc có khả năng bôi trơn bằng phương pháp ngâm dầu, hộp giảm tốc có kích thước nhỏ nhất theo chiều dài, khối lượng nhỏ nhất .[4] Việc phân phối tỉ số truyền cho các loại hộp giảm tốc khác nhau như hộp bánh răng trụ 2 cấp, 3 cấp, hộp giảm tốc bánh răng côn trụ, hộp giảm tốc bánh răng đồng trục, hộp giảm tốc hành tỉnh 2 cấp và hộp vi sai kín đã được đưa ra bằng phương pháp đồ thị [6]: Tính toán tối ưu tí số truyền cho hộp giảm tốc bánh răng trụ nhiều cấp có thể tiến hành theo nhiều chỉ tiêu khác nhau như theo chỉ tiêu thể tích của các bánh răng nhỏ nhất [7], theo chỉ tiêu khối lượng của các bánh răng là nhỏ nhất [8,9] hoặc tiết diện ngang của hộp là nhỏ nhất [10]

Việc tối ưu cho một hệ dẫn động cơ khí dùng một hộp giảm tốc và một bộ _truyền ngoài là đai hoặc xích, cho đến nay đã có nghiên cứu xác định tỉ số truyền tối

ưu cho hệ dẫn động gồm bộ truyền đai và hộp giảm tốc bánh răng trụ hai c4p [11],

bộ truyền đai và hộp giảm tốc bánh răng côn-trụ 2 cấp [12] hoặc hệ gồm HGT bánh răng trụ 2.cấp và bộ truyền xích [13]

Từ các phân tích trên có thể thấy rằng, cho đến nay đã có khá nhiều các nghiên cứu khác nhau về tính toán thiết kế và thiết kế tối ưu hộp giảm tốc cũng như

bộ truyền ngoài hộp Đặc biệt là hộp giảm tốc được thiết kế với nhiều tiêu chí khác

nhau Tuy nhiên, đến nay chưa có công trình nào về phân phối tối ưu tí số truyền cho hệ dẫn động cơ khí dùng hộp giảm tốc bánh răng côn và tối ưu hộp giảm tốc bánh răng côn về giá thành Vì vậy “Tối ưu hóa giá thành để phân phối tỉ số truyền tối ưu cho hệ dẫn động cơ khí dùng hộp giảm tốc bánh răng côn” là cấp thiết

2 Mục tiêu của nghiên cứu

- Thiết kế tối ưu hệ dẫn động cơ khí dùng hộp giảm tốc bánh răng côn trụ hai

4 Phương pháp nghiên cứu

- Đề tài được tiến hành nghiên cứu bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết

5 Nội dung nghiên cứu 5.1, Nghiên cứu tổng quan về ảnh hưởng của tỷ số truyền bộ truyền ngoài đến

khuôn khổ kích thước của hệ

5.2 Xây dựng bài toán tối ưu cho hệ gồm HGT bánh răng côn-trụ 3 cấp và bộ truyền đai, cho hệ gồm HGT bánh răng côn-trụ 3 cấp và bộ truyền xích

=—————————5,¿3, Giải các bài toán xác định tỉ số truyền tối ưu cho bộ truyền đai và bộ —————

truyền xích Xây dựng các công thức phân phối TST tối ưu

5.4 Đánh giá hiệu quả của các công thức phân phối tỷ số truyền

5.5 Viết báo cáo khoa học tổng kết đề tài

5.6 Viết bài báo quốc tế

Chương 1: GIỚI THIỆU

+ Tốc độ cần thiết của các bộ phận nói chung khác với tốc độ của động cơ

tiêu chuẩn (thường là thấp hơn) Nếu chế tạo động cơ có tốc độ thấp, mô men lớn thì kích thước lớn, giá thành đất

+ Nhiều khi cần truyền động từ một động cơ đến nhiều cơ cấu làm việc với

các tốc độ khác nhau

+ Động cơ chuyển động quay đều nhưng bộ phận công tác cần chuyển

động tịnh tiến hoặc chuyển động với một tốc độ thay đổi theo một quy luật nào đó

+ Vì điều kiện sử dụng, an toàn lao động hoặc vì khuôn khổ kích thước của máy nhiều khi không thể nối trực tiếp động cơ với bộ phận công tác của máy

* Truyền động thủy lực:

- Là loại truyền động truyền cơ năng từ bộ phận dẫn động đến bộ phận làm việc của các máy Loại truyền động này đáp ứng được yêu cầu là êm, ổn định, dễ tự động hóa Tùy vào loại máy thủy lực sử dụng trong truyền động mà phân loại thành truyền động thủy động và truyền động thủy tĩnh (thể tích) có đặc điểm sử dụng và phạm vi làm việc khác nhau

+ Truyền được công suất làm việc lớn

+ Kết cấu gọn nhẹ, có quán tính nhỏ do trọng lượng trên một đơn vị công suất truyền nhỏ Điều này có ý nghĩa rất lớn trong các hệ thống tự động

+ Chất lỏng làm việc chủ yếu là dầu khoáng nên dễ có điều kiện bôi trơn tốt các chỉ tiết, do đó truyền chuyển động êm, không ồn

+ Có thể đề phòng sự cố khi quá tải

- Nhược điểm:

+ Vận tốc truyền động hạn chế do điều kiện chống xâm thực, đề phòng va

đập thủy lực, có ton thất cột áp

+ Làm việc với chất lỏng do đó phải bảo đảm điều kiện làm kín, chất lỏng dễ

bị rò rỉ, không khí lọt vào truyền động, do vậy kết cấu phức tạp, khó chế tạo

+ Yêu cầu về chất lỏng làm việc khá phức tạp: Độ nhớt (yêu cầu rò rỉ ít, tổn thất năng lượng nhỏ); Tính chất dầu ít thay đổi theo nhiệt độ và áp suất; Tính chất hóa học bền vững; Khó cháy, ít hòa tan với các chất khác, không ăn mòn kim loại;

Thường xuyên làm việc với dầu khoáng là chất lỏng đễ cháy nên phải chú ý làm mát máy

Truyền động thủy lực do có nhiều ưu điểm nên được sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp Để khắc phục những nhược điểm của truyền động thủy lực hiện nay người ta dùng các loại truyền động liên hợp như truyền động thủy - cơ,

điện - thủy - cơ, thủy - khí - cơ

* Truyền động điện:

- Là tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử

phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên máy sản xuất, cũng như gia công truyền tín hiệu thong tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ

- Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định

- Truyền động điện có điều chỉnh: Tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có

hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo và hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí Trong hệ này có thé

là hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ

- Hệ thống truyền động bằng khí nén được sử dụng trong các lĩnh vực như:

các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp chi tiết hoặc là sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao Ngoài

ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện,

đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất

- Ưu điểm:

+ Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tốn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ

+ Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứa

khí nén rất thuận lợi Vì vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa

khí nén

+ Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thé thai

ra ngược trở lại bầu khí quyền

+ Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống

dẫn, do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm ban

ofl + Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vi

§ phần lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén

+ Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp

+ Các thành phần vận hành trong hệ thống ( cơ cấu dẫn động, van ) có cấu

tạo đơn giản và giá thành không đắt

+ Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận

Ba hành logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp cà các móc phức

+ Lực để truyền tải trọng đến cơ cấu chấp hành thấp

+ Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn (Không thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều)

+ Dòng khí thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn

* Truyền động cơ khí:

=> Trong các loại truyền động thì truyền động cơ khí được sử dụng nhiều hơn ———————

cả Truyền động cơ khí là truyền động dùng các cơ cấu để truyền cơ năng từ động

—-: cơ đến các bộ phận làm việc của máy, thông thường có biến đổi vận tốc, lực, mô

men và đôi khi biến đổi cả đặc tính, quy luật chuyên động

- Truyền động cơ khí dựa trên hai nguyên lý:

+ Truyền động bằng ma sát: Truyền động bánh ma sát, đai (Hình 1.1)

a) Truyền động bánh răng; b) Tì tuyên động trục vít - bánh vít; c) Truyên động xích

Trong công nghiệp, để nâng cao năng suất và hiệu quả kinh tế cũng như tính khả thi người ta chỉ chế tạo ra các động cơ điện có công suất và vận tốc quay là giá trị cụ thể trong các bảng tiêu chuẩn Tuy nhiên, trong sản xuất thực tế, các chuyển động cơ học của máy thường yêu cầu các giá trị công suất ngoài tiêu chuẩn

Vì vậy, các động cơ điện không thể truyền trực tiếp công suất sang cho các hệ thông

truyền động mà phải thông qua thiết bị chuyên đổi công suất Một trong những thiết

bị phố biến nhất là hộp giảm tốc Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động cơ khí bằng nguyên lý ăn khớp trực tiếp với tỉ số truyền không đổi nhằm giảm vận tốc góc và

NI | |

tăng mô men xoắn Vậy một hệ thống may chuyén động cần phải có động cơ, bộ

truyền ngoài, hộp giảm tốc (hoặc hộp tăng tốc) và hệ thống tải Một hệ thống như vậy được gọi là hệ thống dẫn động cơ khí (Hình 1.3)

a) Hệ dẫn động băng tải; b) Hệ dẫn động xích tải; c) Hệ dẫn động thùng trộn

1.2 Sự cần thiết của tối ưu hóa hệ dẫn động cơ khí Một máy có rất nhiều chỉ tiết máy Các chỉ tiết máy có công dụng chung có mặt trong hầu hết các thiết bị và dây chuyền công nghệ Vì vậy thiết kế chỉ tiết máy

có vai trò rất quan trọng trong thiết kế máy nói chung quá trình thiết kế một hệ dẫn động không chỉ đơn thuần là lựa chọn tập hợp các chỉ tiết máy mà là một quá trình sáng tạo, thể hiện ý tưởng của người thiết kế Thông thường người thiết kế có thể lựa chọn một trong rất nhiều các chỉ tiết để thực hiện một chức năng nào đó trong

hệ thống cơ khí Do đó khi đã có kiến thức đầy đủ về các chỉ tiết máy được sử dụng trong một hệ dẫn động thì quá trình thiết kế sẽ càng tốt Các chỉ tiết máy trong một

hệ dẫn động được- thiết kế phải thóa mãn các yêu cầu kỹ thuật, làm việc ổn-định——— —= trong suốt thời gian phục vụ đã định với chỉ phí chế tạo và sử dụng thấp nhất

Đương nhiên các chỉ tiết máy được thiết kế ra chỉ có thể thực hiện ra chỉ có thể thực - biện tốt chức năng của mình trên những máy cụ thể phù hợp với công dụng của máy

trong dây truyền công nghệ Với máy phát thì chỉ tiêu hàng đầu của máy là hiệu suất trong khi đó ở các máy cắt kim loại thì năng suất độ chính xác gia công là những

chỉ tiêu quan trọng nhất, còn ở các khí cụ đo thì độ nhậy, độ chính xác và độ ổn

định của các số đô lại là quan trọng hơn cả Nói khác đi, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của chỉ tiết máy được thiết kế phải phù hợp với chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của toàn máy Đó trước hết là năng suất, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kinh tế trong chế tạo và

sử dụng, thuận lợi và an toàn trong chăm sóc bảo dưỡng, khối lượng giảm Ngoài ra

Trong quá trình tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí cần quan tâm và cân nhắc để giải quyết một vấn đề quan trọng: Kết cấu cần có sự hài hòa về kích thước của các bộ phận trong hệ dẫn động Sự hài hòa về mặt kích thước của các bộ phận máy trong hệ dẫn động có thể được thực hiện bằng nhiều biện pháp như chọn loại truyền động (truyền động thường, truyền động hành tỉnh, truyền động trục vít ), loại khớp nối, sự phân phối tỉ số truyền trong hệ dẫn động, chọn vật liệu v.v

Vấn đề tính toán thiết kế tối ưu hệ dẫn động cơ khí nói chung và một số bộ phận của hệ dẫn động nói riêng được chú trọng nhiều trong những năm gần đây

Thiết kế tối ưu một hệ dẫn động là thiết kế từng phần của hệ thống hoặc toàn bộ hệ

thống để đạt được các yêu cầu đặt ra với toàn bộ hệ thống với mức lớn nhất Một hệ dẫn động trên thực thế có thể chỉ gồm động cơ, hộp giảm tốc và cơ cấu công tác hoặc có thể gồm động cơ, hộp giảm tốc, bộ truyền ngoài và cơ cấu công tác Trong tính toán thiết kế tối ưu hệ dẫn động cơ khí thì việc thiết kế tối ưu hộp giảm tốc hay hộp giảm tốc bộ truyền ngoài đóng vai trò rất quan trọng vì chúng là những bộ phận chính của hệ dẫn động cơ khí Hơn nữa, quá trình thiết kế tối ưu hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài có liên hệ mật thiết với nhau vì tỉ số truyền của hộp giảm tốc và của bộ truyền ngoài có ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng của toàn hệ dẫn động Trong nghiên cứu này chỉ tập chung vào tính toán tối ưu hệ dẫn động sử dụng hộp giảm tốc mà không sử dụng bộ truyền ngoài hộp

1.3 Mục tiêu của đề tài

- Thiết kế tối ưu hệ dẫn động cơ khí dùng hộp giảm tốc bánh răng côn trụ hai cấp khai triển Qua đó lựa chọn được thông số thiết kế tối ưu cho hệ dẫn động

- Xác định được tỉ số truyền hợp lý dùng trong hệ dẫn động dùng hộp giảm tốc bánh răng côn trụ hai cấp khai triển để đạt được giá thành hệ dẫn động là nhỏ nhất

- Hệ dẫn động cơ khí bao gồm nhiều bộ phận trong đó hộp giảm tốc đóng vai

- Trong việc thiết kế tối ưu hệ dẫn động dùng hộp giảm tốc, tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp giảm tốc là thông số quan trọng cần được phân phối tối ưu

vì chúng có ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu, khuôn khổ, khối lượng và qua đó ảnh

hưởng đến giá thành của toàn hệ thống

Chương 2: TÓNG QUAN

Máy móc và thiết bị hiện đại được tạo thành từ ba bộ phận chính: Động cơ,

hệ thống truyền động bộ phận công tác Chỉ có một vài trường hợp là có số vòng quay động cơ bằng số vòng quay của bộ phận công tác (truyền động trực tiếp từ động cơ sang bộ phận công tác), ví dụ như quạt điện Thông thường vận tốc hoặc quy luật chuyển động của bộ phận công tác thường không trùng với vận tốc và quy luật chuyển động của động cơ vì động cơ được tiêu chuẩn với số vòng quay khá lớn

do vậy nên cần sử dụng các hệ dẫn động để truyền động công suất và biến đổi chuyển động từ động cơ sang bộ phận công tác Mặt khác việc sử dụng các hệ dẫn động trung gian cho phép từ một động cơ có thể truyền chuyền chuyển động cho nhiều cơ cấu công tác khác nhau Khi đó ta có thể sử dụng các dạng truyền động

(Truyền động giữa các chỉ tiết trực tiếp tiếp xúc nhau: bánh ma sát, bánh răng, trục vít, vít me-đai ốc ., Truyền động có chỉ tiết trung gian: bộ truyền đai, truyền động XÍch:;:.); truyền động thủy lực và khí nén

Truyền động cơ khí là một bộ phận không thể thiếu trong máy Truyền động

điện, thủy lực, khí nén và truyền động ma sát có thể thay đổi tốc độ vô cấp, đóng

vai trò quan trọng và ngày càng nâng cao vai trò trong kỹ thuật hiện đại tuy nhiên các truyền động cơ khí ngày nay vẫn được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau Một hệ dẫn động cơ khí nói chung có thể gồm một hộp giảm tốc (HGT) (ví dụ HGT bánh răng, HGT bánh răng — trục vit wv ) hoặc một hộp giảm tốc và một bộ truyền ngoài hộp (thường là bộ truyền đai hay bộ truyền xích) Vậy việc thiết kế tối ưu hộp giảm tốc là rất quan trọng và cần thiết vì nó ảnh hưởng tới kích thước, khối lượng cũng như giá thành của toàn bộ hệ thống

Chương này trình bày tổng quan về tính toán toán tối ưu hệ dẫn động cơ khí,

có vai trò rất quan trọng trong thiết kế máy nói chung quá trình thiết kế một hệ dẫn động không chỉ đơn thuần là lực chọn tập hợp các chỉ tiết máy mà là một quá trình sáng tạo, thể hiện ý tưởng của người thiết kế Thông thường người thiết kế có thể lựa chọn một trong rất nhiều các chỉ tiết để thực hiện một chức năng nào đó trong

hệ thống có khí Do đó khi đã có kiến thức đầy đủ về các chỉ tiết máy được sử dụng

trong một hệ dẫn động thì quá trình thiết kế sẽ càng tốt Các chỉ tiết máy trong một khác nhau: Truyền động đ lên (điện xoay chiều, điện một chiều), truyền động cơkhí

E.—

hệ dẫn động được thiết kế phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật, làm việc ổn định

trong suốt thời gian phục vụ đã định với chỉ phí chế tạo và sử dụng thấp nhất

Đương nhiên các chỉ tiết máy được thiết kế ra chỉ có thể thực hiện ra chỉ có thể thực

hiện tốt chức năng của mình trên những máy cụ thể phù hợp với công dụng của máy trong dây truyền công nghệ Với máy phát thì chỉ tiêu hàng đầu của máy là hiệu suất trong khi đó ở các máy cắt kim loại thì năng suất độ chính xác gia công là những chỉ tiêu quan trọng nhất, còn ở các khí cụ đo thì độ nhậy, độ chính xác và độ ổn

định của các số đo lại là quan trọng hơn cả Nói khác đi, chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

của chỉ tiết máy được thiết kế phải phù hợp với chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của toàn máy Đó trước hết là năng suất, độ tin cậy và tuổi thọ cao, kinh tế trong chế tạo và

sử dụng, thuận lợi và an toàn trong chăm sóc bảo dưỡng, khối lượng giảm Ngoài ra còn các yêu cầu khác tùy thuộc vào trường hợp cụ thể, chăng hạn như khôn khổ kích thước nhỏ gọn, làm việc êm, hình thức đẹp

Xuât phát từ các chỉ tiêu kinh tê kỹ thuật trên thì thiệt kê một hệ dân động

nói chung gồm các nội dung sau:

- Xác định nguyên tắc hoạt đông và chế độ làm việc của hệ dự định thiết kế

- Lập sơ đồ chung toàn hệ và các bộ phận trong hệ thỏa mãn các yêu cầu cho trước

Đề xuất một số phương án thực hiện, đánh giá và so sánh các phương án dé tìm ra phương án phù hợp nhất đáp ứng nhiều nhất các yêu cầu đặt ra

- Xác định tải trọng (Lực hoặc mômen) tác đụng lên các bộ phận trong hệ và đặc tính thay đổi của tải trọng

- Chọn vật liệu thích hợp nhằm sử dụng một cách có lợi nhất tính chất đa dạng và

khác biệt của vật liệu để nâng cao được hiệu quả và độ tin cậy làm việc của toàn hệ

- Thực hiện tính toán động học, lực, độ bền và các tính toán khác nhằm xác định kích thước của chỉ tiết máy, bộ phận máy và toàn bộ hệ

tạp đỏi hỏi phải hiểu biết sâu sắc về mặt lý thuyết và thực hành Trên hình 1.3 là

một một ví dụ về hệ dẫn động hoàn chỉnh Với hệ dẫn động này người thiết kế phải

tiến hành tính toán động học, chọn động cơ điện và phân phối tỉ số truyền cho các

cấp, tính toán thiết kế các chỉ tiết máy, thiết kế kết cấu chỉ tiết máy và bộ phận máy

2.2 Tính toán tối ưu hộp giảm tốc trong hệ dẫn động cơ khí

Thiết kế tối ưu một hệ dẫn động là thiết kế từng phần của hệ thống hoặc toàn

bộ hệ thống để đạt được các yêu cầu đặt ra với toàn bộ hệ thống với mức lớn nhất

Cho đến nay có khá nhiều công trình nghiên cứu về thiết kế tối wu HGT Trong việc thiết kế tối ưu hộp giám tốc, việc phân phối tối ưu tỉ số truyền là vấn đề có ý nghĩa quyết định [1] Dưới dây là tổng quan về các tính toán tối ưu tỉ số truyền cho hộp giảm tốc

2.2.1 Các nghiên cứu của tác giả trong nước Cho đến nay, các tác giả trong nước đã có nhiều cố gắng nghiên cứu về thiết

kế tối ưu hệ dẫn động dùng hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài Các tác giả trong [2]

đã tiến hành thiết kế tối ưu hộp tăng tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp khai triển dùng trong máy phát điện sức gió trục đứng dựa trên cơ sở tính toán khối lượng của hộp tăng tốc và máy phát nhằm đạt khối lượng nhỏ nhất cũng như giá thành của hệ là thấp nhất Các kết quả đạt được bao gồm: Có thể lựa chọn tỉ số truyền tối ưu cho hộp tăng tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp khai triển, lựa chọn số vòng quay hợp lý cho máy phát để giảm được khối lượng của máy phát hay chính giá thành của máy phát khi kết hợp với hộp tăng tốc trong hệ thống tuốc bin

Mối quan hệ giữa tỉ số truyền của hộp tăng tốc và số vòng quay của máy phát được chỉ ra trên hình 2.I

lượng, giá thành của chúng là nhỏ nhất

Tỷ số truyền chung của hộp tăng tốc

Hình 2 2: Biểu đồ quan hệ giữa tỉ số truyền của hộp tăng tốc

và khối lượng của hộp [2]

Biểu đồ 2.2 chỉ ra rằng khối lượng tối ưu của hộp tăng không lớn khi tỉ số truyền của hộp tăng Vậy khi muốn thiết kế tối ưu hộp tăng tốc để đạt giá thành hộp —— ` nhỏ nhất sẽ căn cứ vào kết quả này để lựa chọn được tỉ số truyền các cấp trong hộp

là hợp lý Việc lựa chọn tỉ số truyền các cấp được trình bày trên hình 2.3 Khi tỉ số truyền chung của hộp tăng thì tỉ số truyền các cấp cũng tăng Tuy nhiên tỉ số truyền cấp nhanh tăng nhanh hơn cấp chậm

Hình 2 3: Mối quan hệ giữa tỉ số truyên chung của hộp và tỉ số truyền các cấp [2]

+ Công thức tính tí số truyền cấp nhanh của hộp:

Tỷ số truyền chung của hộp tăng tốc - Uh

Hình 2 4: Mối quan hệ giữa tỉ số truyền của hộp và khối lượng chung của cả hộp tăng tốc và máy phat [2]

+ Công thức liên hệ giữa tỉ số truyền của hộp tăng tốc và khối lượng chung

nhữ sau: G=258;924055

+ Tỉ số truyền tối ưu của hộp tăng tốc đã được xác định uạ = 20 Với tỉ số truyền này khối lượng và giá thành của hệ đạt giá trị nhỏ nhất

Trong Trịnh Chất [3] đã nghiên cứu tối ưu tỉ số truyền cho hôp giảm tốc

nhiều cấp trong hệ dẫn động cơ khí thỏa mãn đồng thời một số chỉ tiêu Hàm mục tiêu và các ràng buộc được thiết lập cho khối lượng nhỏ nhất, hiệu suất truyền động cao nhất và mô men quán tính khối lượng thu gọn nhỏ nhất Hình 2.5 trình bày kết quả nghiên cứu về mối liên hệ giữa tỉ số truyền chung

của hộp và tỉ số truyền các cấp trong hộp giảm tôc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp phân đôi cấp chậm (được tính toán với K,; =1.1, „„¡ =0.3, „„„ =0.35) Tác giả

đã tiến hành giải bài toán tối ưu với hàm mục tiêu: min 4= f(u,;u,) trong d6 A=L.h

chính là diện tích tiết diện mặt cắt ngang của hộp (Hình 2.6)

9

Total transmission ratio u,, (-)

Hinh 2 5: Quan hé gitta ti 56 truyén chung của hộp và tỉ số truyền các cấp [14]

Kết quả trên hình 2.5 chỉ ra rằng nếu tỉ số truyền của hộp uạ tăng thì tỉ số truyền các cấp cũng tăng theo, trong đó tỉ số truyền của bộ truyền cấp nhanh u¡ tăng | nhanh hơn tỉ số truyền của bộ truyền cấp cham up Qua đó xác định được giá tri tối

Hinh 2 6: So dé tinh diện tích tiết diện A của hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm [14]

Với mỗi loại hộp giảm tốc thì việc phân phối tí số truyền là khác nhau và có ảnh hưởng trực tiếp đến thông số tối ưu của các hàm đơn muc tiêu và/hoặc đa mục tiêu được thiết lập cho từng loại hộp Trên hình 2.7 tác gia Vii Ngoc Pi da dua ra so

dé tinh toán cho hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng 4 cấp [15]

Hình 2 7: Sơ đồ tính chiều dài L của hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm [15]

| Tác giả đã thiết lập bài toán tối ưu xác định chiều đài nhỏ nhất của hộp giảm

| tốc thông qua hàm đơn mục tiêu sau: min7.= ƒ(u;;u;;u;;u,) Kết quả thu được sau

| khi giải bài toán tối ưu được thể hiện trên hình 2.8 [19]

Total transmission ratio u, (-)

— Hình 2 8: Quan hệ giữa tỉ số truyền chung của hộp và tỉ số truyền các cấp [15] =

Dễ dàng nhận thấy từ đồ thị hình 2.8, khi tỉ số truyền chung của hộp uy tang

thì tỉ số truyền các cấp cùng tăng theo, tuy nhiên tốc độ tăng không giống nhau, cụ thể: Tỉ số truyền cấp nhanh u¡ sẽ tăng nhanh hơn rất nhiều so với tỉ số truyền cấp chậm uạ khi ta tăng giá trị uạ Từ kết quả trên tác giả đã nội suy ra các giá trị tối ưu

phối tối ưu tỉ số truyền các cấp trong hộp

\

Trong [2l] đã đưa ra công thức tính tôi ưu tỉ sô truyền của hệ dân động gôm Ỉ

bộ truyền xích và hộp giảm tốc 3 cấp bánh răng trụ răng nghiêng Hình 2.9 là sơ đồ p tính toán tôi ưu của hệ này

= Hình 2 9: Sơ đồ tỉnh tối trụ tỈ SỐ truyễn Hình 2 10: Sơ đỗ tính tối ưu tỉ số truyền

HDD gom wk aE và bộ truy" _ HDD gém HGT 3 cdp va bé truyén dai [22]

xich

Tác giả Nguyen Thi Hong Cam va cộng sự [21] đã nhận định kích thước của

hệ nhỏ nhất khi chiểu cao tổng thể của hệ lả nhỏ nhất, do đó tác giá đã thiết lập bài

toán tối ưu đơn mục tiêu theo tiêu chí chiều cao của hệ là nhỏ nhất với hàm mục

———————— tiêu Min ”„„= min f(dz, ay, Aw2, Uy, U2, ;) Sau khi giải hàm mục tiêu tác giả đã — -

đưa ra được các công thức dưới dạng hàm biển tính tỉ số truyền của bộ truyền xích !

Hình 2 I6: Chọn tỉ số truyền cấp Hình 2 17: Chọn tỉ số truyên cấp nhanh ul của hộp giảm tôc truyền nhanh ul của hộp giảm tốc truyền

truc vit- bánh răng bánh răng trục vít Việc phân phối tí số truyền cho các loại hộp giảm tốc khác nhau như hộp giảm tốc hành tỉnh 2 cấp và hộp vi sai kín đã được đưa ra bằng phương pháp đồ thị [5] Tính toán tối ưu tỉ số truyền cho hộp giảm tốc bánh răng trụ nhiều cấp có thể

tiễn hành theo nhiều chỉ tiêu khác nhau như theo chỉ tiêu thể tích của các bánh răng nhỏ nhất [7], theo chỉ tiêu khối lượng của các bánh răng là nhỏ nhất [8,9] hoặc tiết

diện ngang của hộp là nhỏ nhất [10]

Cho đến nay đã có nhiều công trình giải bài toán phân phối tỉ số truyền theo những chỉ tiêu khác nhau và đề xuất các công thức thực nghiệm, bảng số và đồ thị tạo thuận lợi cho người thiết kế Chẳng hạn khi phân phối tỉ số truyền cho các cấp trong hộp giảm tốc bánh răng trụ khai triển có thể dùng công thức thực nghiệm [§]:

Trong đó: uy, u lần lượt là tỉ số truyền cấp nhanh và cấp chậm Tuy nhiên nếu dùng công thức này thì có tỉ số truyền thay đổi trong phạm vi rộng, mặt khác đường kính bánh lớn của cấp chậm thường khá lớn so với cấp nhanh, nếu dùng phương pháp bôi trơn bằng cách nhúng bánh lớn trong hộp dầu thì

truyền của hộp uy [24]:

Trong [3] đã giải bải toán phân phối tỉ số truyền đa mục tiêu trong hệ dẫn

động cơ khí thỏa mãn đồng thời một số chỉ tiêu như khối lượng nhỏ nhất, hiệu suất

truyền động cao nhất, mô men quán tính thu gọn nhất đã đưa ra được đồ thị biểu diễn quan hệ của uy và uạ theo uạ cho hộp hai cấp khai triển (hình 2.20)

==

Trong [10] đã đưa ra phương pháp phân phổi tỉ số truyền theo chỉ tiêu tiết diện ngang của hộp nhỏ nhất cũng là để bôi trơn hộp giảm tốc hợp lý nhất cho hộp hai cấp khai triển:

(2.8)

Trong đó: 2 #2 là hệ số chiều rộng bánh răng cấp nhanh và cấp chậm

Nếu chọn Waar Waar =1,3

với thứ tự ưu tiên các hàm đơn mục tiêu sau:

khối lượng các bộ truyền, mô men quán tính

thu gọn và thể tích các bánh lớn nhúng trong

dầu nhỏ nhất khi này tỉ số truyền các cấp có

thể tra bảng 3.1 [5] hoặc tính theo công thức

————— như giáthànhcủacảhệ

Với hộp bánh răng trụ hai cấp phân đôi cấp nhanh và cấp chậm, để nhận được kích thước tiết diện ngan của hộp nhỏ nhất cũng chính là để bôi trơn hộp giảm tốc hợp lý nhất tỉ số truyền cấp chậm của hộp phân đôi cấp nhanh và cấp chậm được xác định lần lượt theo công thức [14], [18]:

2.4 Kết luận chương Cho đến nay, đã có nhiều nghiên cứu về tối ưu hóa riêng cho hộp giảm tôtc

(2 cấp, 3 cấp .) cũng như bộ truyền ngoài hộp xích hoặc đai cũng được quan tâm nghiên cứu Với một hệ dẫn động gồm hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài nói chung

và hệ dẫn động gồm hộp giảm tốc ba cấp và bộ truyền xích nói riêng có nhiều nghiên cứu đã được công bố và ứng dụng có hiệu quả vào thực tế sản xuất Các nghiên cứu này đã đưa ra nhiều phương pháp nghiên cứu và cách phân phối tỉ số

truyền tối ưu khác nhau dựa trên nhiều tiêu trí Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào

về tính toán thiết kế tối ưu cho hệ dẫn động cơ khí kết hợp hộp giảm tốc 3 cấp bánh răng côn trụ và bộ truyền ngoài Trên thực tế, hệ dẫn động cơ khí có sử dụng hộp giảm tốc và bộ truyền ngoài ngày càng được sử dụng phô biến nhờ kết cấu nhỏ gọn, hiệu suất cao Kích thước của hệ ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành của cả hệ, trong các nghiên cứu cũng chỉ ra tỉ số truyền là nhân tố quyết định đến kích thước cũng

Từ kết quả phân tích trong chương này, có thể nói cho đến thời điểm hiện tại vẫn chưa có nghiên cứu nào công bố về việc thiết kế tối ưu theo tỉ số truyền cho câc =

bộ truyền trong hệ dẫn động gồm hộp giảm tốc bánh răng côn trụ ba cấp và bộ truyền ngoài hộp nhằm đạt kích thước nhỏ nhất Chính vì vậy, mục tiêu của nghiên cứu này là xác định tỉ số truyền của các bộ truyền trong hệ dẫn động gồm hộp giảm tốc côn trụ ba cấp và bộ truyền ngoài hộp (xích hoặc đai) nhằm đạt kích thước nhỏ nhất đã được lựa chọn và tiến hành Nội dung cụ thể của nghiên cứu này sẽ được trình bày cụ thể ở chương tới

Chương 3

XAY DUNG PHUONG TRINH PHAN PHOI Ti SO TRUYEN

Hiện nay việc phân phối tỷ số truyền cho các bộ truyền được dựa trên rất nhiều các tiêu chí như: Thể tích của các bánh răng nhỏ nhất [3]; Khối lượng của các bánh răng là nhỏ nhất [4, 5]; hoặc tiết diện ngang của hộp là nhỏ nhất [6]; Yêu cầu về bôi trơn ; Yêu cầu về công nghệ Tuy nhiên để thỏa mãn đồng thời các tiêu chí trên là không thể Vì vậy nghiên cứu này lựa chọn phân phối tối ưu tỉ số truyền cho hộp giảm tốc bánh răng côn trụ 2 cấp theo từng hàm đơn mục tiêu khác nhau như khối lượng của hộp nhỏ nhất, thể tích của hộp nhỏ nhất và giá thành của hộp

Hình 3 1: Sơ đồ hộp giảm tốc côn trụ 2 cấp

Trên hình 3.1 là sơ đồ hộp giảm tốc bánh răng côn trụ 2 cấp Nhìn từ hình vẽ này, thể tích Von cua hop giảm tốc côn trụ 2 cấp (mì) có thể được xác định theo phương trình sau:

Trong đó L„, H, B lần lượt là chiều dài chiều cao và bề rộng của hộp giảm tốc

(Hình 3.1) Các kích thước này được xác định theo phương trình từ 3.2 đến 3.4

_ R, la chiéu dai duong sinh mat c6n chia da duge chỉ ra ở phương trình 3.7

R¿ =kn' uj a7 ‘Pa -kng;/[( — Khe) * Kpe Un * [ơua]?] @.7)

Trong đó: k„ là hệ số phụ thuộc vào vật liệu bánh răng và loại răng; với bánh răng côn răng thắng bang thép thi kp = 50 (MPa) [20]; Kup là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng bánh răng côn; với bánh răng côn răng thắng có kugi = 1.04 + 1.18 [20] nén chon kyg, = 1.11; Kye 1a hé

số chiều rộng vành răng k„¿ = 0.25 + 0.3 chọn kpe = 0.27; Ty, 1a m6 mem xoắn trên trục bánh răng côn chủ đông tức trục ]; [øn¡] là ứng suất tiếp xúc cho phép của cặp bánh răng côn; d„;;và đạ;; là đường kính vòng chia ngoài của bánh răng côn dẫn và bị dẫn Với bánh răng côn răng thắng thì Tị;, der, va dạ; có thể viết như sau [20]:

aw = kạ - (uạ + 1) + [Ta - kng/([Øn¿] - 0ạ ' Xụa) (3.13)

Với Ti; = Touv/(02 - Tịpg ` p2) (3.14)

Và có hiếu suất của bánh răng trụ lây là Tìng = 0:97, hiệu suất của bánh răng

côn lấy là np = 0.992, khi đó phương trình (3.14) được viết lại là:

————————— trong phương trình (3.13), kụ ø là hệ số kể đến sự phân bố không đềutải

trọng trên bề rộng bánh răng trụ; kụpg = 1.01 + 1.16 [20] Ta chon kyg = 1.08;

[oy2] 1a tng suat tiếp xúc cho phép của cặp bánh răng trụ (MPa); k„ là hệ số phụ thuộc vào vật liệu của bánh răng và loại răng của cặp bánh răng trụ; Với bánh răng

bằng thép k„= 43 [20]; X;„ là hệ số bề rộng của bánh răng trụ

Qua cách biến đổi như trên thấy rằng thể tích của hộp giảm tốc đều được viết phụ thuộc vào tỉ số truyền của hai cấp bánh răng u; và u; Do đó hàm mục tiêu về thể tích đặt ra với phương trình 3.1 là phải nhỏ nhất:

Thêm vào đó, fa biết rằng u„ = u;.u; là phương trình thể hiện mối quan hệ

giữa tỉ số truyền của hộp và tỉ số truyền của các bộ truyền trong hộp Do đó mà khi xác định được tỉ số truyền tối ưu uạ thì u;ạ có thể được xác định theo phương trình:

Uz = Ug/Uy

3.1.2 Hàm mục tiêu về khối lượng

Để giảm giá thành của hệ dẫn động dùng hộp giản tốc thì giám khối lượng

từng phần của hệ dẫn động cũng góp phần giảm giá thành của hệ dẫn động Vì vậy trong muc này khối lượng của hộp giảm tốc đã được đưa ra làm tiêu chí đánh giá

Từ hình vẽ 3.1 thấy rằng các thành phần chính của hộp giảm tốc gồm bánh răng, vỏ hộp, các trục và các cặp ổ lăn Vậy khối lượng của hộp sẽ gồm khối lượng

của hộp có thể xác định qua các thành phần chính này Khi tính toán, dé đơn giản ta tính toán gần đúng bằng cách bỏ qua khối lượng của ổ khối lượng của hộp được xác định theo công thức sau:

a Khôi lượng của các bánh răng

Từ hình vẽ 3.1 thấy rằng có hai bộ truyền bánh răng gồm bộ truyền bánh răng công và bộ truyền bánh răng trụ răng nghiêng Tổng khối lượng của các cặp bánh răng được xác định theo công thức (3.19)

Trong d6: mpg1, Mpg2 1a khối lượng của bánh răng côn dẫn và bị dẫn (kg)

mụạ¡, mạụg› là khối lượng của cặp bánh răng trụ răng nghiêng (kg) Khối lượng của mỗi bánh răng sẽ được xác định từ khối lượng riêng và thể tích của nó, do vậy khối lượng của mỗi bánh răng được tính theo các công thức từ

(3.20 đến 3.23)

Mpg2 = Pg’ {(n/3) - [dễa; “Re,›60SỐ2/4 — diệa -: (Rạ —b)- cosỗ;/4]} (3.21)

Trong cong thirc tréncé: -

Dg là khối lượng riêng của bánh răng (kg/m”); Với bánh răng làm bằng thép

b Khối lượng của võ hộp

Bằng cách tương tự như mục 3.2.Í, khối lượng của hộp giảm tốc của vỏ hộp được xác định gần đúng như phương trình 3.26

Trong phương trình (3.126) , Dạp là khối lượng riêng của vỏ hộp, pgạụ = 7200 —

(kg/m)) với vật liệu vỏ hộp là gang [21]; V„„ là thể tích của hộp giảm tốc (m”) Để xác định Vạ¡ thì thể tích của vỏ hộp có thể chia làm 3 phần, Vạ; là thể tích phần phía

trước và phía sau của vỏ hộp; Vạ; là thể tích 2 mặt bên của vỏ hộp va Vp 1a thể tích của mặt trên và mặt Do đó, V„ị được tính như sau:

V, lạ = 2 Vp te Ze Vay t 2 My (3.27)

In which V,, Va, and Vaz can be expressed as

Trong công thức (3.20), (3.21), and (3.22), L, H; B¡ và Se có thể được sác

Trong đó, lạ = 3 - dạ; [20] với d„; là đường kính của trục 1, khối lượng của

trục sẽ được trình bày ở trong phần tiếp theo; 6, 1a góc đỉnh côn chia của bánh răng côn bị dẫn và được tính là tanỗ; = u¡

c Khối lượng của trục

Từ hình 3.1, khối lượng của trục có thể được xác định theo phương trình 3.35

Trong phương trình (36), (37) va (38) thi p là khối lượng riêng của các trục

(kg/m`), với trục làm bằng thép lấy p„ = 7820 (kg/m)); l„;, l;; và l„z là chiều dài

của trục 1, 2 and 3 Chiều dai các trục được xác định là (Xem hình 1)

d Ham muc tiéu

Từ hàm đã đưa ra ở phương trình (3.1) thì mục tiêu đặt ra là khối lượng của

Với rằng buộc đặt ra như phương trình (3.17):

Ta biết rằng, tỉ số truyền tổng của hộp giảm tốc Ug va ti số truyền của cấp nhanh u¡ có mối quan hệ với tỉ số truyền của cặp bánh răng trụ câp chậm, uy =

Trong d6, Cyg, Chg Cen va Cy lần lượt là giá thành của bánh răng côn, bánh

răng trụ, vỏ hộp giảm tốc và giá thành của trục

Chúng ta biết rằng vật liệu, phương pháp gia công, nhiệt luyện và nhân công

là yếu tế chính ảnh hưởng tới giá thành của các thành phần của hộp giảm tốc đã nêu

ở trên Trên thực tế, giá thành của mỗi thành phần cấu tạo lên hộp giảm tốc có thể xác định bằng giá tính trên mỗi kg khối lượng Giá này cũng biến động phụ thuộc vào giá trên thị trường Vì vậy để xác định giá thành của hộp thì giá thành có thé được tính theo công thức sau:

trình 3.48 ta được:

Coy = Chem * Mpg Ga Chg-Mhg te Cghm * Mgh Cam Ms (3.53)

= Các thí nghiệm mô phỏng đã được thực hiện bởi phần mềm Minitab đã đánh giá

Như vậy để xác định được giá thành của cả hộp ta phải xác định được khối lượng của từng thành phần trong hộp giảm tốc Khối lượng của các phần này đã

được trình bày tron mục 3.2

Từ phân tích ở trên, vấn đề tối ưu về giá thành đặt ra có thể biểu diễn bởi

ảnh hưởng của thông số đầu vào khác nhau tới tỉ số truyền tối ưu

3.2.1 Các thông số đầu vào đưa vào mô hình thí nghiệm

Các thông số đầu vào được đưa vào thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng với tỉ

số truyền tối ưu theo hàm mục tiêu thể tích của hộp nhỏ nhất gồm tỉ số truyền tổng ủ

Ug, hệ số bề rộng bánh răng cOn Ky», hé số bề rộng bánh răng tru răng nghiêng Xa, 2 ứng suất cho phép của cặp bánh răng côn và bánh răng trụ và mô men xoắn trên đầu :

ra của hộp giảm tốc Tọụy Các giá trị của thông số đầu vào khi lấy theo hàm mục q

tiêu thể tích nhỏ nhất được chỉ ra trên bảng 3.1, khi đánh giá theo hàm mục tiêu 4

khối lượng chỉ ra trên bảng 3.2 Với hàm mục tiêu về giá thành nhỏ nhất, bốn thông

số mới được đưa thêm vào để khảo sát gồm giá thành của vỏ hộp giảm tốc, giá thành của bánh răng côn, giá thành bánh răng trụ và giá thành của trục được chỉ ra

4_ Ứng suất tiếp súc cho phép của bộ truyền

360 420

5 _ Ứng suất tiếp ng ae iép suc cho phép cua b6 truyén súc cho phép của bộ truyề 360 420

6 _ Mô men xoắn trên trục ra của HGT Lue Nm 1000 10000

Bảng 3 2 Thông số đầu vào và mức khảo sát khi xét theo hàm khối lượng

3 Hệ số bề rộng bánh răng trụ răng nghiêng Kee = 0.3 04

4 Allowable contact stress of the first stage AS, MPa 360 420 5 Allowable contact stress of the second stage AS, MPa 360 420

iq Bảng 3 3 Các thông số đâu vào và mức khảo sát khi xét theo hàm giá thành :