Đồ án tốt nghiệp
Mở đầu
Lý do chọn đề tài
Sự phát triển của công nghiệp đặt ra nhu cầu phải tải năng lượng trên
những quãng đường lớn, từ nguồn sản xuất lớn đến nơi tiêu thụ. Tùy theo
công suất và khoảng cách vận chuyển người ta có thể áp dụng các loại
truyền động khác nhau. Bao gồm ba loại truyền động: truyền động cơ khí,
truyền động thủy lực và truyền động điện. Nhưng truyền động thủy lực
vượt trội hơn hẳn với các ưu điểm: công suất lớn, truyền động êm, phòng
được tình trạng quá tải, độ nhạy và độ chính xác cao, truyền động vô cấp và
cho phép đảo chiều chuyển động. Kích thước nhỏ gọn, công suất lớn đã tạo
ra ưu thế tuyệt vời và hệ thống truyền động thủy lực đã trở nên rất thịnh
hành trong những năm gần đây. Đặc biệt được ứng dụng phổ biến trong các
nghành mũi nhọn như: công nghiệp chế tạo máy bay và các thiết bị bay,
trong các dây chuyền sản xuất tự động và các hệ thống sản xuất linh hoạt,
trong các máy nâng hạ, cần cẩu, máy xây dựng…
Tuy nhiên để đạt được những ưu điểm đó thì Bơm thủy lực thể tích
lại có yêu cầu rất cao về công nghệ chế tạo và độ chính xác. Vì vậy mà
truyền động thủy lực tuy có nhiều ưu điểm nhưng vẫn chưa được ứng dụng
rộng rãi trong cuộc sống. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của
khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự ra đời và ứng dụng máy tính, với các
chương trình CAD - trợ giúp trong việc thiết kê, các chương trình CAM -
trợ giúp trong chế tạo và các loại máy gia công CNC đời mới đã giúp đáp
ứng được yêu cầu gia công các chi tiết phức tạp với độ chính xác cao như
các chi tiết trong hệ thống thủy lực. Chính những tiến bộ đó đã thức đẩy và
phát huy những thế mạnh của ngành gia công chế tạo khuôn mẫu thêm phát
triển. Ngày nay với xu thế phát triển toàn cầu hóa, một dạng sản phẩm
được cung cấp và sử dụng trên phạm vi toàn thế giới. Chính vì thế mà số
1
Đồ án tốt nghiệp
lượng sản phẩm trong mỗi loại sản phẩm là rất lớn. Các sản phẩm khuôn
tiên phục vụ cho việc chữa cháy và có thể coi đó là máy bơm thủy lực đầu
tiên của loài người. Tuy ra đời rất sớm như vậy nhưng mãi đến thế kỷ 19,
các hệ thống truyền động thủy lực mới được quan tâm nghiên cứu và ứng
dụng nhiều hơn. Ramelli là một trong những nhà vật lý đầu tiên đánh dấu
sự phát triển mới của máy bơm thể tích với sự ra đời của máy bơm Roto
đầu tiên. Đến đầu thế kỷ 20, với sự phát triển của khoa học công nghệ,
công nghệ chế tạo đã dần đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của các chi
tiết chính xác trong hệ thống thủy lực, các Bơm thủy lực thể tích đã được
chú ý hơn rất nhiều và đã có những bước nhảy vọt đánh dấu sự lên ngôi của
các ứng dụng truyền động thủy lực trong các nghành mũi nhọn hàng đầu
của nền công nghiệp hiện đại. Với bề dày phát triển, hiện nay Bơm thủy lực
thể tích đã có một hệ thống phân loại tương đối hoàn chỉnh.
Phân loại Bơm thủy lực thể tích thể tích theo nguyên lý tác động:
Bơm thủy lực
Bơm thủy lực Piston Bơm thủy lực Roto
Bơm Piston
đơn
Bơm Piston
dãy phẳng
Bơm Piston
hướng kính
Bơm cánh
gạt
Bơm bánh
răng
3
Đồ án tốt nghiệp
1. Bơm thủy lực thể tích Piston:
Các bơm Piston làm việc theo nguyên lý là sự thay đổi thể tích làm
việc được tạo nên bởi chuyển động tịnh tiến của Piston trong xy lanh. Loại
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.3: Bơm Piston dãy phẳng
1.3. Bơm Piston hướng kính:
Bơm Piston hướng kính là bơm Piston nhiều lần tác dụng có các
piston được bố trí hướng tâm với nhau trong 1 block xy lanh. Tùy theo
block xy lanh đó quay hay đứng yên mà chia ra 2 loại: Bơm piston hướng
kính có block xy lanh quay và bơm piston hướng kính có block xy lanh
không quay.
Bơm piston hướng kính có block xy lanh không quay
Trong loại bơm này, các piston trong block xy lanh được dẫn động
nhờ chuyển động quay của một ngõng trục lệch tâm. Trong trường hợp này,
các họng hút và họng đẩy được bố trí trên block xy lanh và thực hiện việc
phân phối bằng van. Cũng như bơm piston dãy phẳng, áp suất được tạo bởi
loại bơm này rất cao.
6
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.4: Bơm Piston hướng kính có block xy lanh không quay
Bơm piston hướng kính có block xy lanh quay
Block xy lanh quay trong một vỏ lệch tâm. Chính độ lệch tâm giữa
vỏ và block xylanh tạo nên hành trình chuyển động của Piston. Loại kết cấu
này thực hiện việc phân phối chất lỏng ở phía tâm, tức phân phối qua trục.
Hình 1.5: Bơm Piston hướng kính có block xy lanh quay
1.4. Bơm Piston hướng trục
Bơm Piston hướng trục là một loại bơm piston tác dụng nhiều lần với
các piston được bố trí song song ( hoặc nghiêng một góc nào đó ) quanh
trục của block Xy lanh. Chuyển động tịnh tiến của các Piston trong xy lanh
được thực hiện nhờ một cơ cấu đĩa nghiêng làm điểm tig hay nối khớp với
7
Đồ án tốt nghiệp
một đầu Piston. Đĩa nghiêng này nghiêng một góc so với trục của block
Cấu tạo của bơm cánh gạt bao gồm: Roto, Stato, và các cánh gạt.
Trên Roto có xẻ các rãnh để các cánh gạt chuyển động tịnh tiến ở trong.
Roto và Stato được đặt lệch tâm nhau để tạo nên sự thay đổi thể tích
khoang làm việc khi Roto và Stato có chuyển động tương đối với nhau.
1- Roto 2- Stato 3- Cánh gạt
Hình 1.7: Bơm cánh gạt
Nguyên lý hoạt động: Khi bơm làm việc, các cánh gạt luôn tì sát vào
thành Stato dưới tác dụng của lực đẩy ly tâm hoặc từ lực lò xo. Thể tích V
nối thông với khoang hút được mở rộng ra sẽ hút chất lỏng theo khoang hút
vào. Khi chuyển sang vùng V’, thể tích này sẽ bị thu hẹp lại và đẩy chất
lỏng vào khoang đẩy.
2.2.Bơm thủy lực thể tích bánh răng:
9
Đồ án tốt nghiệp
Bơm thủy lực thể tích bánh răng là loại bơm Roto làm việc dựa trên
nguyên lý của cặp bánh răng ăn khớp. Đây là loại bơm Roto được sử dụng
rộng rãi vì những ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, độ tin cậy cao,
kích thước nhỏ gọn, số vòng quay và công suất truyền trên một đơn vị
trọng lượng lớn.
Hình 1.8: Bơm bánh răng
Kế cấu chính của bơm bánh răng bao gồm:
1-Bánh răng chủ động
2-Bánh răng bị động
3-Stato
4-Ống hút
5-Ống đẩy
6-Van an toàn.
Nguyên lý làm việc: Bánh răng chủ động được nối với trục của bơm
quay và kéo theo bánh răng bị động quay. Chất lỏng ở trong các rãnh răng
theo chiều quay của bánh răng, được vận chuyển từ khoang hút đến khoang
Cơ cấu bánh răng là cơ cấu ăn khớp có độ chính xác cao dùng để
truyền chuyển động quay giữa các trục với tỷ số truyền xác định nhờ sự ăn
khớp của các bánh răng.
So với các truyền động khác, truyền động bánh răng có nhiều ưu
điểm nổi bật:
+ Kích thước bộ truyền nhỏ
+ Khả năng tải lớn
+ Tỷ số truyền lớn
+ Đảm bảo tỷ số truyền không thay đổi
+ Hiệu suất truyền động cao
+ Tuổi thọ cao, làm việc tin cậy
2.Công dụng
Với những ưu điểm trên nên bộ truyền báng răng được sử dụng rất
phổ biến trong các máy, từ đồng hồ, máy công cụ, máy nông nghiệp, ô tô,
động cơ đốt trong, cần trục, bơm ...
Phạm vi sử dụng của báng răng rất lớn cả về truyền lực và truyền
động. Truyền động bánh răng có thể truyền công suât từ nhỏ đến lớn ( 300
MW ). Với vai trò truyền động, tốc độ vòng quay của các bánh răng trong
các bánh răng trong các cơ cấu truyền chuyển động có thể đạt tới 200m/s.
Các dạng truyền động bánh răng theo công dụng: Tùy theo công dụng của
truyền động người ta chia ra truyền vận tốc, động lực, truyền đông số và
các truyền động có công dụng khác.
+ Truyền động tốc độ: bộ truyền này thường được sử dụng để truyền
động ở các cơ cấu có tốc độ cao như: máy bay, hộp giảm tốc của tuabin ..
+ Truyền động lực: Bộ truyền động này thường được sử dụng để
truyền lực lớn như trong các máy cán, các ô tô tải, máy kéo, máy xúc ..
12
Đồ án tốt nghiệp
+ Truyền động số: truyền động đảm bảo chính xác góc quay giữa
bánh răng chủ động và bị động. Truyền động này được sử dụng trong các
cần thay đổi phương của chuyển động.
Phân loại theo phương của răng ta có các bộ truyền:
+ Bộ truyền răng thẳng: là bộ truyền sử dụng các bánh răng có
phương của răng song song với các đường sinh, ưu điểm của bộ truyền này
là đơn giản dễ chế tạo.
+ Bộ truyền răng nghiêng: là bộ truyền sử dụng các bánh răng có
phương của răng không song song với các đường sinh, ưu điểm của bộ
truyền là khả năng truyền công suất lớn hơn và êm hơn bộ truyền bánh rang
thẳng nhưng nhược điểm là khó chế tạo và trong quá trình truyền động luôn
sinh ra lực dọc trục.
+ Bộ truyền răng chữ V: răng của các bánh răng được thiết kế theo
hình chữ V đã khắc phục được lực dọc trục nhưng bộ bánh răng chữ V lại
khó chế tạo.
Phân loại theo vị trí ăn khớp ta có các bộ truyền ăn khớp ngoài và bộ
truyền ăn khớp trong.
Phân loại theo biên dạng răng ta có các bộ truyền sử dụng các loại
biên dạng: biên dạng thân khai, biên dạng Novikov, biên dạng Cycloid.
3. Các dạng ăn khớp
3.1. Ăn khớp dạng thân khai
Truyền động bánh răng thân khai, profin răng có dạng thân khai của
vòng tròn, được dùng rộng rãi nhất vì cặp răng được gia công bằng dụng cụ
cắt có cạnh thẳng, dễ đảm bảo độ chính xác cao, không bị ảnh hưởng bởi
sai số khoảng cách trục.
14
Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.1: Cặp bánh răng thân khai
Cặp biên dạng thân khai do Euler tìm ra năm 1754. Sự hình thành
đường thân khai của một vòng tròn là do một điểm cố định trên một đường
thẳng lăn không trượt trên đường tròn vạch ra trên mặt phẳng chứa
vòng tròn đó. Đường tròn triển khai được gọi là đường tròn cơ sở. Đường
+ Các biên dạng thân khai đều giống nhau, hình dạng răng phụ thuộc
vào bán kính đường tròn cơ sở của bánh răng ăn khớp với nó, vì thế một
bánh răng có thể ăn khớp với nhiều bánh răng có đường kính khác nhau.
+ Tỷ số truyền vẫn được đảm bảo và không ảnh hưởng bởi sai số
khoảng cách trục.
+ Trong quá trình ăn khớp, bán kính vòng lăn, đường ăn khớp và góc
ăn khớp luôn luôn cố định.
3.2. Bánh răng ăn khớp Novikov
Răng ăn khớp Nivokov có profin răng được chế tạo theo cung tròn,
profin răng lõm có bán kíng lớn hơn profin răng lồi.
Sự khác nhau giữa ăn khớp Novikov và ăn khớp thân khai là đường ăn
khớp không nằm theo chiều ngang mà theo chiều cao tạo thành góc 90
o
với
phương của răng.
Hình 2.4: Bánh răng vad sự ăn khớp Novikov
17
Đồ án tốt nghiệp
Trong quá trình làm việc điểm tiếp xúc của các răng dịch chuyển
theo đường thẳng song song với các trục quay của bánh răng. Đường này
được gọi là đường ăn khớp. Khoảng cách từ gốc ăn khớp tới đường ăn
khớp được gọi là hế số dịch chỉnh e. Hệ số dịch chỉnh e có quan hệ với tốc
độ trượt của các bề mặt răng. Khi chạy nhanh các răng ăn khớp với nhau
trên toàn bộ chiều cao nên ăn khớp điểm trở thành ăn khớp đường.
Ưu điểm của bộ truyền ăn khớp Novikov là có khả năng chịu tải
trọng lớn và độ chống mài mòn cao hơn ăn khớp thân khai. Bởi vậy bộ
truyền ăn khớp Nivokov luôn là ưu tiên chọn lựa của các may móc phải
làm việc trong thòi gian dài và phải đảm bảo tải trọng lớn. Trong ăn khớp
Novikov không ăn khớp theo chiều cao cho nên các bánh răng có dạng răng
nghiêng, cũng chíng vì vậy mà bộ truyền ăn khớp Novikov chạy êm hơn bộ
+ Số răng có thể rất ít và không có hiện tượng cắt chân răng
Tuy nhiên loại bánh răng này còn tồn tại các nhược điểm sau:
+ Không có khả năng dịch tâm
+ Không có khả năg lắp lẫn
19
Đồ án tốt nghiệp
+ Góc ăn khóp thay đổi trong quá trình chuyển động nên tải trọng ở
ổ trục là tải trọng biến thiên
+ Biên dạng Cycloid là biên dạng phúc tạp nên việc chế tạo gặp
nhiều khó khăn.
Vì những lý do trên mà bánh răng có biên dạng Cycloid tuy vẫn
được dùng nhiều trong kỹ thuật nhưng phạm vi sử dụng còn bị hạn chế.
4. Bộ truyền ăn khớp chốt
Là bộ truyền ăn khớp dựa trên nguyên lý ăn khớp Cycloid nhưng
profin lý thuyết của một bánh răng biến thành điểm còn profin răng của
bánh răng thứ hai là đường Epicycloid.
Vì không tồn tại dưới dạng điểm nên có thể thay thế profin của bánh
răng thứ nhất bằng các con lăn hoặc chốt trụ với đường kính d và có tâm
nằm trên vòng tròn cơ sở.
Ăn khớp này cho phép công nghệ chế tạo đơn giản đi rất nhiều ( vì
chỉ cần quan tâm đến một biên dạng ) mà vẫn giữ được tất cả các ưu điểm
của ăn khớp Cycloid.
Hình 2.6: Bộ truyền ăn khớp chốt
20
Đồ án tốt nghiệp
Ăn khớp chốt có thể sử dụng ở cả ăn khớp trong và ăn khớp ngoài. Ăn khớp
chốt trong được sử dụng nhiều trong các cơ cấu đồng hồ, dụng cụ đo, các cơ
cấu nâng chuyển… Ăn khớp chốt ngoài được sử dụng trong các hộp giảm tốc
với ưu điểm là chỉ cần một cặp bánh răng đã cho tỷ số truyền rất
lớn.Chương 3
Trong đó: R là bán kính vòng tròn cơ sở
r là bán kính vòng tròn quay quanh vòng tròn cơ sở
22
Đồ án tốt nghiệp
t là góc quay.
Hình 3.4 Một số đường Epicycloid cơ bản với k = R/r
1.3. Đường hypocycloid
Đường hypocycloid là tập hợp quỹ đạo của một điểm cố đinh trên
đường tròn lăn không trượt bên trong một đường tròn khác.
Hình 3.5: Nguyên lý hình thành đường hypocycloid
Phương trình đường hypocycloid
X = (R + r)cost – rcos((r + R)t/r)
Y= (R + r)sint – rsin((r+R)t/r)
Trong đó: R là bán kính vòng tròn cơ sở
r là bán kính vòng tròn quay quanh vòng tròn cơ sở
t là góc quay.
23
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.6: Một số đường hypocycloid cơ bản
2. Thiết kế bánh răng Cycloid
2.1. Vẽ các đường cong thuộc họ Cycloid
Đường cong Cycloid là một đường cong phức tạp. Hiện nay có rất
nhiều phần mềm hỗ trợ vẽ rất tốt, trong đó AutoCad là phần mềm phổ biến
và tiện dụng hơn cả. Đường cong Cycloid không phải là một đường cong
cơ bản nên không có lệnh vẽ trực tiếp. Nhưng ta có thể dùng ứng dụng đi
kèm trợ giúp người dùng của AutoCad là AutoLisp để lập trình lệnh thực
hiện công việc này.
2.1.1. Vẽ đường cong Epicycloid
x (* r k (- (cos a) (/ (cos (* k a)) (* k k2))))
y (* r k (- (sin a) (/ (sin (* k a)) k)))
)
(command (list x y))
(setq a (+ a da))
)
(command p2 "" "" "")
(command "array" (entlast) "" "P" p0 Z 360 "Y")
(setvar "osmode" oldos)
(princ)
)
25
Copyright: Tài liệu đại học ©