i
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ, tên SV: Võ Ngọc Hà Lớp: 49CTM
Ngành : Chế tạo máy Mã ngành:
Tên đề tài: “Mô hình hóa và mô phỏng chuyển động cơ cấu cam globoid cần lắc”.
Số trang: 79 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 06
Hiện vật: 2 quyển đồ án và 1 đĩa CD
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận: Nha Trang, tháng 06 năm 2011.
Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Tường

ĐIỂM CHUNG
ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ iii
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là do chính bản thân tôi làm
dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Tường. Các nội dung nghiên
cứu và kết quả tính toán trong đề tài là trung thực, không sao chép và
chưa từng công bố trong các công trình nghiên cứu trước đây, những số
liệu, công thức được lấy ra từ những tài liệu uy tín và hoàn toàn có thật.
Nếu có bất kì sự gian lận nào tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm
trước Hội Đồng cũng như kết quả bài đồ án của mình.

Nha Trang, tháng 06 năm 2011
Sinh viên

Võ Ngọc Hà

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp cơ khí nói chung và
ngành chế tạo máy nói riêng đã tạo ra nhiều cơ cấu, chi tiết máy với độ chính xác
rất cao. Đặc biệt như cơ cấu cam globoid với những ưu điểm vượt trội về độ
chính xác truyền động, khả năng mang tải, tuổi thọ cao…so với những cơ cấu
cam thông thường. Do vậy cam globoid ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong
các cơ cấu máy hiện đại.
Vấn đề thực tế đặt ra ở đây là cam globoid có hình dáng tương đối phức
tạp nên công việc tạo hình, kiểm tra độ chính xác rất khó khăn.
Xuất phát từ những thực tế đó cho thấy việc nghiên cứu phương pháp tạo
mô hình, kiểm tra độ chí xác cơ cấu cam globoidal là rất cần thiết. Để giải quyết
vấn đề nêu trên tôi đã tìm hiểu thực tế và sử dụng kiến thức đã học cùng với sự
hướng dẫn nhiệt tình của TS. Nguyễn Văn Tường để thực hiện đề tài: “Mô hình
hóa và mô phỏng chuyển động cơ cấu cam globoid cần lắc”.
Nội dung của đề tài gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về cơ cấu cam globoid cần lắc.
Chương 2: Mô hình hóa cơ cấu cam.
Chương 3: Mô phỏng chuyển động.
Chương 4: Kết luận và đề xuất
Do kiến thức và thời gian thực hiện đề tài có không tránh hạn nên khỏi
những thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy và các bạn để đề tài
của tôi được hoàn thiện hơn và có thể đưa vào áp dụng trong thực tế một cách tốt nhất.
Nha Trang, tháng 6 năm 2011.
Sinh viên thực hiện Võ Ngọc Hà
vi
MỤC LỤC
Trang

2.4.2 Tạo con lă. 38
CHƯƠNG III MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG 40
3.1. Tạo mô hình lắp ráp bao gồm cam và cần 40
3.1.1. Lắp ráp cần và con lăn 40
3.1.2 . Lắp ráp cam và cần 41
3.2. Mô phỏng chuyển động. 43
3.3. Kiểm tra. 46
3.3.1. Kiểm tra giao thoa 46
3.3.2 . Kiểm tra khoảng cách từ mặt cam đến mặt con lăn. 46
CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN. 48
4.1. Kết luận 48
4.2. Đề xuất ý kiến 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

viii
DANH MỤC HÌNH

Trang
Hình 1.1 Cam globoid loại có rãnh. 1
Hình 1.2 Cam globoid loại có gân. 2
Hình 1.3: Quan hệ hình học giữa cam globoid và cần lắc. 2
Hình 1.4: Hệ thống thay dao tự động tốc độ cao dùng cam globoid. 4
Hình 1.5: Cơ cấu phân độ dùng cam goboid trong hệ thống rô bốt hàn 5
Hình 1.6: Cơ cấu phân độ dùng cam goboid trong hệ thống lắp ráp. 5
Hình 1.7 Hình dạng bên ngoài của thiết bị phân độ dùng cơ cấu cam. 5
Hình 2.1: Mặt pitch và mặt làm việc của cam globoid. 6
Hình 2.2: Nguyên lý tạo mặt pitch 7
Hình 2.3: Mặt pitch dược tạo từ hai đường cong 3D 8
Hình 2.4: Tạo mặt làm việc theo phương pháp giả gia công. 9
Hình 2.5: Thông số của cam. Error! Bookmark not defined.

đến trục của cam khi cam quay 360
°
15
Hình 2.20: Đồ thị thể hiện khoảng cách (h
2
) từ điểm picth mặt phẳng
chuẩn khi cam quay 360
°
15
Hình 2.21: Thông số để vẽ mặt pitch phía dưới 16
Hình 2.22: Kết quả khi tạo hai mặt pitch 16
Hình 4.22: Offset mặt làm việc thứ nhất 17
Hình 2.23: Offset mặt làm việc thứ nhất 17
Hình 2.24: Thông số mặt ngoài 18
Hình 2.25: Tạo mặt ngoài cho đỉnh cam 18
Hình 2.26: Quá trình trim để tạo hình dáng cam 19
Hình 4.26: Quá trình ghép các mặt lại với nhau 20
Hình 4.27: Quá trình tạo khối đặc cho cam 20
Hình 2.28: Mặt sketch của khối tròn xoay làm thân cam 21
Hình 2.29: Cam sau khi tạo khối bên trong. 21
Hình 2.30: Cam sau khi tạo rãnh then và bo góc. 22
Hình 2.31: Qui luật chuyển động của cần ứng với 23
Hình 2.32: Thông số khối tròn xoay 23
Hình 2.33: mặt tròn xoay được tạo từ lệnh Revolve 24
Hình 2.34: Phương trình trong hệ tọa độ trụ 24
Hình 2.34: Đường 3D 25
Hình 2.35: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3D trong vùng I,III 25
Hình 2.36: Kết quả cho đường cong 3d thứ nhất 26
Hình 2.37: Phương trình trong hệ tọa độ trụ của đường 3d 26
x

Hình 3.7: Tạo động cơ quay cho cam. 44
Hình 3.8: Tạo động cơ cho con lăn trên cần. 44
Hình 3.9: Chỉnh thời gian và khoảng cách 45
Hình 3.10: Mô phỏng 45
Hình 3.11: Vùng giao thoa 46
xii

α
Góc quay của cam.

2
β
Góc quay của cần tương ứng với góc α

3 β
0

Góc hợp bởi mặt phẳng chuẩn với trục con lăn trên khi
hệ thống ở vị trí ban đầu
4
β
1

Góc hợp bởi trục con lăn trên với mặt phẳng chuẩn.

5 β
2

Góc hợp bởi trục con lăn dưới với mặt phẳng chuẩn

6
i
β

Góc quay tức thời của cần

7 C Khoảng cách giữa trục cam và trục cần lắc.

20
y Phương trình chuyển động của cần

21
3D Đường cong ba chiều

1 CHƯƠNG I
TỔNG QUAN CƠ CẤU CAM GLOBOID

1.1 Đặc điểm
Các cơ cấu cam globoid là những cơ cấu cam không gian với hình dáng
tương đối phức tạp. Cam globoid quay quanh trục của nó và dẫn động cần
chuyển động theo. Loại cơ cấu cam này có đặc điểm sau:
- Cấu trúc vững chắc và khả năng mang tải cao,
- Khe hở cạnh giữa các cơ cấu thành phần rất bé,
- Làm việc êm,
- Rung động bé,
- Độ tin cậy khi làm việc rất cao,
- Có khả năng điều khiển truyền động chính xác.
1.2 Phân loại
Có rất nhiều cách phân loại cơ cấu cam globoid, như phân loại theo qui
luật chuyển động của cần, phân loại theo hình dáng bên ngoài của cam… Thông
thường người ta phân cơ cấu cam globoid thành hai loại như sau [5]:
- Loại có rãnh trên bề mặt cam lồi (hình 1.1a) hoặc trên bề mặt cam lõm
(hình 1.1b) với chuyển động của cần là chuyển động lắc.
- Loại có một hoặc nhiều gân trên bề mặt cam với hai dạng cơ cấu bị
dẫn lắc (cần lắc) như hình 1.2a hoặc cơ cấu bị dẫn quay (cần quay) như

trục con lăn. Điểm pitch là giao điểm của trục con lăn và mặt phẳng khai triển.
Các thông số hình học của cơ cấu này như sau [2], [3]:
α - góc quay của cam.
β - góc quay của cần tương ứng với góc α, β = f(α).
β
0
– góc hợp bởi mặt phẳng chuẩn với trục con lăn trên khi hệ thống ở vị trí
ban đầu.
β
1
– góc hợp bởi trục con lăn trên với mặt phẳng chuẩn.
β
2
– góc hợp bởi trục con lăn dưới với mặt phẳng chuẩn.
t – khoảng cách từ trục cần lắc đến đầu mút của con lăn.
l- chiều dài con lăn.
e – khe hở giữa đầu mút con lăn với thân cam.
F – khoảng cách từ trục cần lắc đến điểm pitch.
C – khoảng cách giữa trục cam và trục cần lắc.
R – khoảng cách từ điểm pítch đến trục cam,
R = C – F.cos(β
1
) (1.1)
h – khoảng cách từ điểm pitch đến mặt phẳng chuẩn,
h = F.sin (β
1
) (1.2)

1.4 Ứng dụng
Với những đặc điểm như đã miêu tả ở trên, cơ cấu cam globoid rất thích
CHƯƠNG II
MÔ HÌNH HÓA CƠ CẤU CAM GLOBOID

2.1 Các phương pháp xây dựng bề mặt làm việc của cơ cấu cam globoid
Có nhiều các tiếp cận khác nhau để tạo mô hình cơ cấu cam globoid mà
công việc quan trọng nhất là xây dựng bề mặt làm việc của nó. Bề mặt làm việc
của cam globoid là bề mặt tiếp xúc giữa cam và các con lăn. Các bề mặt làm việc
của cam globoid tương đối phức tạp và khó xây dựng chúng với độ chính xác
cao. Sau đây là một số cách tiếp cận đã được thực hiện để mô tả cũng như xây
dựng bề mặt làm việc của cơ cấu cam globoid [5].
a. Phương pháp toán học
Một số nhà nghiên cứu đã tiến hành biểu diễn phương trình toán học của bề
mặt làm việc của cam globoid bằng các công cụ toán học như: biến đổi hệ tọa độ,
hình học vi phân, và lý thuyết tạo mặt liên hợp.
b. Phương pháp tạo mặt làm việc thông qua mặt pitch
Khi cơ cấu cam globoid làm việc thì trục con lăn sẽ vạch nên một mặt kẻ
(ruled surface) trong không gian. Đây chính là mặt pitch của cam globoid. Khi đó
hai điểm bất kỳ trên trục con lăn sẽ vạch nên hai đường cong ba chiều (3D) nằm
trên mặt kẻ đó. Nếu tạo hai mặt offset từ mặt pitch này về hai phía với lượng
offset bằng bán kính con lăn thì ta sẽ nhận được các bề mặt làm việc của cam
globoid.

Hình 2.1: Mặt pitch và mặt làm việc của cam globoid.

7 c. Phương pháp “giả gia công”

i
j
cos.FCR β−=
(2.2)
trong đó i = 1, 2, tương ứng với hai bề mặt pitch trên và dưới; j = 1,2,…,n, tương
ứng với các giá trị góc quay của cần.

Hình 2.2: Nguyên lý tạo mặt pitch.
8 Phương pháp 2: Quét đoạn thẳng theo các đường cong 3D
Quét một đoạn thẳng với điều kiện là đoạn thẳng này trùng với trục con
lăn và hai đầu mút của nó luôn luôn tựa trên hai đường cong (hình 2.3).

Hình 2.3: Mặt pitch dược tạo từ hai đường cong 3D.
Đường cong thứ nhất chính là quỹ tích của một điểm nằm trên trục con
lăn còn đường cong thứ hai là một đường tròn trên mặt phẳng chuẩn, đi qua giao
điểm của hai trục con lăn và tâm của đường tròn nằm trên trục cam.
2.2.2 Phương pháp “giả gia công” (phương pháp 3)
Nếu các con lăn của cần lắc được thay bằng các dao phay ngón có kích
thước tương tự thì dĩ nhiên các chuyển động của dao sẽ tương tự như chuyển
động của các con lăn. Khi đó bề mặt làm việc của cam globoid có thể được biễu
diễn bởi bề mặt quét được tạo ra bởi đường chạy dao. Hay nói cách khác, có thể
tạo ra bề mặt làm việc của cam globoid khi cắt thân cam bằng cách quét một thiết
diện hình chữ nhật có bề rộng bằng đường kính của con lăn và chiều dài bằng
chiều dài của con lăn (hình 2.4). Trục đối xứng của thiết diện này phải tựa lên hai đường
cong. Hai đường cong này tương tự như hai đường cong đã nêu ở phương pháp 2.

9

β

và
2
j
β
cho hai bề mặt pitch:

0
j
1
j
β
+
β
=
β
và
1
j
2
j
60
β
−
=
β
(2.3)
(c) Tính tọa độ điểm pitch cho cả hai mặt với F= 61 mm.
Tất cả các phép tính được thực hiện với Microsoft Excel 2003 và được

cách từ điểm pitch mặt phẳng chuẩn (Y).
12 - Dùng lệnh Graph để tạo đồ thị.
+ Dùng lệnh Spline tạo đường cong bất kì.

Hình 2.11: Hiệu chỉnh đường cong.
+ Dùng lệnh Modify hiệu chỉnh các đường cong theo tập hợp điểm trong
file Notepad.
Kết quả ta được đồ thị như trên hình 2.12. Hình 2.12: Đồ thị thể hiện mối quan hệ góc (β
1
) giữa trục con lăn
so với mặt phẳng chuẩn khi cam quay 360
°
.
Hoàn toàn tương tự ta tạo được các đồ thị mô tả mối quan hệ khoảng cách
2
r
từ điểm picth đến trục của cam và khoảng cách
2
h
từ điểm picth mặt phẳng
chuẩn khi cam quay 360
°
như trên hình 2.13 và 2.14.