tài liệu Inventor bách khoa

Khoa Cơ khí – Trường ĐH Bách Khoa 1 KDTT - BM. Thiết kế máy

ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TÍNH TOÁN CHI TIẾT MÁY

1. Tính chọn bộ truyền đai

a. Các thông số đầu vào : Các thông số đầu vào bộ truyền đai:

Công suất trên trục bánh đai dẫn P (kW)

Tỷ số bộ truyền u

Số vòng quay trục dẫn n (vg/ph)

Thời gian làm việc Lh (giờ)

Các thông tin khác : vận tốc vòng, chế độ làm việc, …

Sau đó tra hình 4.1 – tr. 59 [1], xác định tiết diện đai thang

Tra bảng 4.14 – tr.60 [1], xác định tỷ lệ a/d2

Xác định d1, d2, a theo dm & u

b. Nhập các thông số & lựa chọn đai : Tạo file Assembly (mm) trong Inventor, vào tag Design V-Belts :

Cửa sổ thiết kế sẽ hiện ra :

• Tab Design : thiết lập các thông số hình học của bánh đai

• Tab Calculation : thiết lập các thông số về công suất, vận tốc quay, hệ số làm việc,… Tab Design có 4 khu vực :

1. Khung chọn loại đai

2. Lựa chọn các giá trị số dây đai, chiều dài đai L

3. Tùy chỉnh thông số bánh đai hoặc thay đổi khoảng cách trục a

4. Khu vực hiển trị kết quả các thông số hình học


Chúng ta click vào biểu tượng kế bên trong khu vực 1 để chọn loại đai :

Ở đây, kí hiệu chữ B phía sau 17/ là loại đai thang B, ta chọn nó và chuyển sang bước tiếp theo. Để tạo bộ truyền đai, cần chọn trước mặt phẳng chứa bộ truyền đai, thực hiện như sau:


Khi đó bộ truyền đai xuất hiện, sau đó định sơ bộ khoảng cách trục a, chú ý khu vực 3:

Khi click vào biểu tượng sẽ có các lựa chọn:

• Fixed position by coordinates : cố định vị trí đĩa xích này

• Free sliding position : tự do di chuyển vị trí của đĩa xích.

Khi đó để định khoảng cách trục a cho bộ truyền ta phải thiết lập cố định vị trí cho 2 bánh để có thể thay đổi trị số khoảng cách cho cả hai.


Sau đó click vào biểu tượng 4 hướng ở tâm của mỗi bánh để xác lập vị trí cho bánh đó :

Ở đây nếu ta thiết lập giá trị X Coordinate cho bánh 2 = 0 & bánh 1 = 640 mm thì khoảng

cách trục a sẽ a = 640.

Tuy nhiên nếu khoảng cách trục a = 640 thì chiều dài đai L sau khi tính toán sẽ không đúng theo tiêu chuẩn, cho nên sau đây ta thiết lập lại “Free sliding position” cho bánh 1 để khi tính toán, phần mềm sẽ tự động thay đổi khoảng cách trục a thích hợp :

Sau đó ta tiếp tục chuyển sang tab Calculation, ở đây có 6 vùng cần quan tâm:


1. Type of Calculation : chỉ tiêu tính toán, thiết kế

• Strength Check : kiểm tra sức bền dựa vào các thông số hình học & lực đã nhập.

• Design Number of Belts : tính chọn số dây đai dựa vào các thông số công suất đã nhập để tính ra số dây đai cần thiết.

Lưu ý: thông thường, do không biết trước số dây đai cần thiết nên chọn kiểu thiết kế thứ hai. Sau khi đã tính được thông số hình học, ta sẽ thay đổi thông số hình học chút đỉnh, rồi kiểm tra lại bằng phương pháp Strength Check.

2. Load : chứa những ô trống để nhập các giá trị công suất P, số vòng quay n, hệ số ca làm việc (Service factor) c2.

3. Các hệ số làm việc : thông thường không cần thay đổi trị số ở các ô này, đây là các giá trị có thể tra được nhờ các thông số khác.

4. Thông số của bánh đai :


• Base power rating : PRB . Đây là [P0] cho phép, nếu bỏ click ta sẽ được thông số PRB theo tiêu chuẩn của phần mềm, nếu không muốn ta click chọn và có thể thay đổi nó. Thông số này tra bảng 4.19/62 (Trịnh Chất)

• Length correction factor : hệ số ảnh hưởng đến chiều dài đai L. Tùy theo tiết diện ta sẽ có l0 khác nhau, còn thông số chiều dài đai L sau khi click “Calculate” thì sẽ có, khi đó ta sẽ tính lại hệ số này và thay đổi nó sau, sau đó lại click “Calculate” thì sẽ được các thông số lực,… chính xác

• Tension factor : hệ số tải động Kđ (có thể tra bảng 4.7/55 (Trịnh Chất) )

5. Hiệu suất & hệ số ma sát

c. Tính toán & lấy các kết quả: Sau khi đã nhập xong các giá trị công suất, số vòng quay,… ta click chọn nút “Calculate” ở

phía cuối bản bên phải :

Sau đó kiểm tra lại chiều dài đai L đã đúng tiêu chuẩn chưa, chọn lại cho đúng tiêu chuẩn nếu

chưa được, tiếp đến tính lại hệ số chiều dài đai (Length correction factor), chọn lại Type of Calculation: Strength Check và nhấn lại nút “Calculate” bên dưới,

Kết quả thông số hình học sẽ xuất hiện ở tag Design,

Kết quả lực sẽ xuất hiện ở tag Calculation,


2. Tính toán bộ truyền xích

a. Bước đầu tính toán : Các thông số đầu vào bộ truyền xích :

Công suất trục dẫn P (kW)

Tỷ số bộ truyền u

Số vòng quay trục dẫn n (vg/ph)

Thời gian làm việc Lh (giờ)

Các thông tin khác : vận tốc vòng, chế độ làm việc,

Sau đó sử dụng công thức tính : z1 , z2 (răng)

b. Nhập các thông số & lựa chọn xích : Bạn tạo file Assembly (mm) trong Inventor, vào Tab Design -> Roller Chains :

Cửa sổ hiện ra :


• Tab Design : thiết lập các thông số hình học của bánh xích

• Tab Calculation : thiết lập các thông số về công suất, vận tốc quay, hệ số làm việc,…

Trong Tab Design có 4 khu vực:

o 1 : chọn loại xích & bước xích pc

o 2 : chọn mặt phẳng chứa bộ truyền xích, số dãy xích,…

o 3 : lựa chọn số răng đĩa xích, tùy chỉnh các thông số đĩa xích

o 4 : thiết lập số mắt xích là số chẳn (Even Only) hay có thể có số lẻ (Old & Even) hoặc số mắt xích là thông số bạn nhập vào Custom


Khu vực 1 – chọn loại xích & bước xích : click vào biểu tượng bên phải khung, ta sẽ thấy cửa số mới xuất hiện

Ta có thể lựa chọn loại xích, thông thường dùng loại xích con lăn chuẩn ISO – EU:

Trong mục Method, có các tùy chọn

• Browse for a chain by size : ta có thể chọn bước xích pc theo ý mình.

• Browse for a solution with fixed number of sprocket teeth : lựa chọn bước xích pc với số răng đĩa xích cố định

• Browse for a solution with closest sprocket diameters : lựa chọn bước xích pc với đường kính đĩa xích gần nhất.


Với 2 tùy chọn sau, bạn sẽ thấy bản thông số bước xích pc bị khóa một số dòng :

Ta sẽ lựa chọn phương án “Browse for a chain by size” để thiết kế :

Thông thường muốn chọn bước xích pc , ta phải tính Pt và chọn [P], tuy nhiên nếu bạn dùng phần mềm ta có thể nâng từ từ bước xích pc lên đến khi thỏa bền nên không nhất thiết bạn phải tính Pt.

Như vậy nên chọn bước xích pc = 25,4 & số dãy xích x = 1 trước. Nếu dư bền ta sẽ hạ pc xuống. Ngược lại không đủ bền ta sẽ nâng số dãy xích lên trước cho đến khi x = 3, nếu vẫn không thỏa ta sẽ tăng pc lên. Cứ như vậy lập lại cho đến khi chọn được pc hợp lý nhất.

Khu vực 2 – chọn các thông số xích

Khu vực 3 – tùy chỉnh các thông số đĩa xích :

Sau khi bạn đã chọn loại xích thì bạn hãy chọn 1 mặt phẳng để chứa bộ truyền xích:


Sau khi đã chọn mặt phẳng cho bộ truyền, chỉnh số răng cho các đĩa xích, bạn chọn biểu tượng “…” :

Khi đó sẽ xuất hiện cửa sổ, bạn nhập số răng z hoặc cũng có thể nhập các thông số khác của

đĩa xích tại đây:

Bạn có thể thêm 1,2 đĩa xích khác bằng cách chọn :


Sau đó bạn chuyển sang Tab Calculation để nhập các thông số công suất,… Để nhập các thông số lực, ta mở sang Tab Calculation :

Trong Tab Calculation có 5 khu vực ta cần chú ý :

• 1 – Working conditions : điều kiện làm việc là các ô nhập số liệu công suất P, mômen xoắn T, tốc độ quay n, hiệu xuất η , thời gian làm việc Lh , hoặc độ giãn tối đa của dây xích (Maximum chain elongation : thường là 0.02 ul).


o Ngoài ra lưu ý bạn có các ô Application (chế độ làm việc), Environment (môi trường) & Lubrication (bôi trơn). Khi các ô bên khu vực 3 (Power Correction Factors) bỏ kích hoạt, bạn có thể chọn theo các tùy chọn để được các hệ số làm việc thích hợp.

• 2 – Chain properties : chỉnh các thông số của xích, lưu ý có “Chain power rating”. Đây là PR = [P].Kx .

o Thông thường [P] ứng với từng bước xích pc sẽ có giá trị xác định. Tuy nhiên chuẩn pc của nó có thể khác với ta, khi đó ta sẽ lấy [P] tra được ứng với pc nhân với hệ số xích Kx để được giá trị Chain power rating.

Lưu ý : khi ta nhập các thông số công xuất P, tốc độ quay n, đầy đủ & bấm nút Calculation thì sẽ được giá trị PD (ở khu vực 5), đây là giá trị P tính toán được.

Giá trị PR nhập bên trên cần lớn hơn giá trị PD ở đây

• 3 – Power Correction Factor : các hệ số làm việc

o Shock Factor : hệ số va đập . Tùy theo điều kiện mà ta có giá trị khác nhau, hoặc bạn có thể tra hệ số dựa vào loại máy, bạn click chọn biểu tượng “>” bên phải ô, chọn Factor :


Tùy theo loại máy, ta sẽ có hệ số va đập khác nhau.

o Service Factor : hệ số chế độ làm việc của bộ truyền

o Lubrication Factor : hệ số bôi trơn của bộ truyền

o Center distance Factor : hệ số ảnh hưởng đến khoảng cách trục & chiều dài xích

4 : Để nhập các hệ số an toàn tĩnh (Static) & hệ số an toàn động (Dynamic) – để mở rộng thêm, ta phải click biểu tượng “>>” phía dưới cửa sổ tính toán,

Sau khi đã nhập các thông số lực & hệ số làm việc, ta click chọn nút Calculate để tính toán, các kết quả tính toán được hiển thị ở khu vực 5


c. Lựa chọn bước xích pc thích hợp & khoảng cách trục a Giả sử bạn nhập thông số ở ô Chain power rating PR = 10, bạn sẽ thấy nó báo lỗi vì PD > PR.

Khi đó bạn sẽ điều chỉnh lại bước xích pc và nhập lại giá trị PR.

Ví dụ như : đầu tiên bạn chọn pc = 38,1 mm & số dãy xích x = 1 (Kx = 1). Như vậy [P] = 10,5 => PR = [P].Kx = 10.5 kW < PD. Như vậy ta tăng số dãy xích lên x = 2 (Kx = 1,7) => PR = 10,5.1,7 = 17,85 kW < PD. Ta tiếp tục tăng x = 3 (Kx = 2.5) => PR = 10,5.2,5 = 26,25 kW > PD

Như vậy ta sẽ quay lại chọn loại xích 24B – 3 : số 3 ở đây chỉ 3 dãy xích

Hoặc bạn cũng có thể thay đổi số dãy xích x tại :


Sau khi đã chọn xong pc thích hợp ta kiểm tra lại khoảng cách trục a (mà trong Inventor ký hiệu là C) bên khu vực 5 – Tab Calculation :

Bây giờ bạn thấy a = C = 1704.772 mm phù hợp tỷ lệ a = (30 ÷ 50) pc. Như vậy là ổn, nếu bạn muốn thay đổi khoảng cách trục a thì làm theo cách sau :

Ở khu vực 3 – Tab Design, khi bạn click vào biểu tượng bạn sẽ thấy có các tùy chọn :


• Fixed position by coordinates : cố định vị trí đĩa xích này

• Free sliding position : tự do di chuyển vị trí của đĩa xích.

Lưu ý: để chỉnh được khoảng cách trục, ta sẽ thiết lập Fixed position by coordinates cho cả 2 đĩa xích, sau đó bạn sẽ thấy biểu tượng mũi lên 4 phương ở tâm đĩa xích, double click vào đó để nhập thông số:

Lưu ý : thiết lập vị trí cho bánh to = 0 & bánh nhỏ = a thì ta sẽ có khoảng cách trục như ý. Tuy nhiên, khi click chọn OK sẽ gặp bản báo lỗi, vì thay đổi khoảng cách trục nên 1 vài thông số sẽ bị thay đổi, khi đó ta thiết lập lại 1 trong 2 đĩa xích là Free sliding position, rồi chuyển


sang Tab Calculation, bấm Calculate để tính toán lại. Sau đó, khoảng cách trục a sẽ giảm hoặc tăng 1 đoạn nhỏ, tuy rằng không đúng chính xác khoảng cách trục a ta muốn nhưng đã gần đạt giá trị đó.

3. Tính toán chọn ổ lăn:

a. Một số từ khóa : - Ball Bearing : ổ bi

o Angular Contact Ball Bearing : ổ bi đỡ chặn

o Double Row Angular Contact Ball Bearing : ổ bi đỡ chặn 2 dãy

o Deep Groove Ball Bearing : ổ đi đỡ

o Thrust : chặn

o Thrust Ball Bearing : ổ bi chặn

o Double Direction Thrust Ball Bearing : ổ bi chặn 2 dãy

o Self-aligning Ball Bearing : ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy : dùng khi khoảng cách trục lớn, sai lệch góc cho phép 1,5 ~ 40

- Roller Bearing : ổ đũa

o Cylindrical Roller Bearing : ổ đũa trụ ngắn đỡ 1 dãy

Xanh : không tùy động Đỏ : tùy động vòng trong Vàng : tùy động vòng ngoài Lá cây : Tùy động vòng trong có chặn 1 phía

o Cylindrical Thrust Roller Bearing : ổ đũa trụ ngắn chặn 1 dãy

o Double Row Cylindrical Roller Bearing : ổ đũa trụ ngắn đỡ 2 dãy

o Tapered Roller Bearing : ổ đũa côn 1 dãy

o Double Row Tapered Roller Bearing : ổ đũa côn 2 dãy (không có tiêu chuẩn DIN)

o Needle Roller Bearing : ổ kim đỡ

o Needle Thrust Roller Bearing : ổ kim chặn

o Spherical Roller Bearing : ổ đũa côn lòng cầu 2 dãy

b. Cách lựa chọn ổ lăn theo khả năng tải : 1. Ổ bi đỡ :

Khi lực Fa/Fr < 0,3


Hoặc khi bố trí trên trục vít dài, 1 đầu đã bố trí cặp ổ đũa côn rồi. Để trục có thể di chuyển dọc trục

2. Ổ đũa trụ ngắn :

Chịu được lực hướng tâm lớn hơn ổ bi đỡ & chịu được tải trọng va đập nhưng không chịu được lực dọc trục

3. Ổ bi & ổ đũa lòng cầu 2 dãy :

Chịu được tải trọng hướng tâm & lực hướng tâm nhỏ, và sử dụng khi trục dài, cho phép sai lệch góc 1,5 ~ 40

Trường hợp tải trọng hướng tâm lớn & tải trọng va đập, chọn ổ đũa lòng cầu 2 dãy

4. Ổ bi đỡ chặn :

Khi 0,3 < Fa/Fr < 1,5

Trường hợp 0,7 < Fa/Fr <1,5 nhưng trục quay với tốc độ cao (trục cấp nhanh) thì nên sử dụng ổ bi đỡ chặn, giảm ma sát & giảm tiếng ồn

5. Ổ đũa côn :

Khi Fa/Fr > 1,5

Trường hợp 0,7 < Fa/Fr <1,5 nhưng trục có yêu cầu cao về độ cứng (trục bánh vít, trục bánh răng côn) thì sử dụng ổ đũa côn

c. Một số chú ý khi lựa chọn ổ cho các loại HGT khác nhau: 6. HGT phân đôi cấp nhanh/cấp chậm :

Thường trục trung gian sẽ được bố trí ổ đũa côn tùy động vòng trong, vì để trục có thể dịch chuyển bù lại sai lệch góc nghiêng răng khi chế tạo.

7. HGT trục vít – bánh vít :

Trường hợp : trên trục vít chiều dài đoạn giữa 2 ổ lăn < 400, sử dụng ổ đũa côn 2 đầu

Trường hợp : trên trục vít chiều dài đoạn giữa 2 ổ lăn > 400, sử dụng ổ đũa côn dạng chữ O 1 đầu, đầu còn lại sử dụng ổ bi đỡ hoặc ổ đũa tùy động vòng trong.

8. HGT bánh răng côn :

Trên trục lắp bánh răng côn công xôn, sử dụng ổ đũa côn dạng chữ O

d. Chọn ổ lăn trên phần mềm Inventor : Trong môi trường Assemble -> Design -> Bearing


Click vào khung trên để chọn kiểu ổ muốn thiết kế

• Cylindrical Face : mặt trụ lắp ổ lăn

• Start Place : mặt bắt đầu của ổ lăn

• Flip Over : đối với ổ bi đỡ chặn & ổ đũa côn thì sau khi chọn được ổ, sẽ thấy hướng của ổ, muốn thay đổi hướng của ổ là hướng vào hay ra thì click vào hộp thoại sau:

- Chú ý bên phải hình mặt cắt ổ lăn sẽ thấy 3 hàng From – To - Hàng 1 : kích thước đường kính ngoài giới hạn từ đâu đến đâu - Hàng 2 : kích thước đường kính trong, nếu đã xác định Cylindrical Face thì thông số này sẽ tự động có - Hàng 3 : giới hạn chiều dày của ổ lăn

Nếu chỉ chọn ổ lăn theo kích thước thì tới đây click chọn biểu tượng sấm sét như bên trên, sẽ hiển thị ra các loại ổ lăn thích hợp với yêu cầu.


Lưu ý: trong bảng thông số thì cột Designation là ký hiệu của ổ, 2 số bên phải là ký hiệu kích

thước đường kính, còn số thứ ba là ký hiệu cỡ ổ (đặc biệt nhẹ, nhẹ, trung, nặng),…

e. Tính toán thiết kế ổ lăn :

Chuyển sang tag Calculation:


1

2

3

4

5 9. Kiểu thiết kế :

a. Bearing Design : tự chọn ổ lăn dựa theo các thông số đưa vào

b. Check Calculation : kiểm tra ổ lăn mà ta tự chọn trước có thỏa bền không

10. Nhập các thông số lực & số vòng tại gối tựa

11. Thời gian làm việc yêu cầu : nếu bố trí 2 ổ lăn cùng 1 phía thì thời gian làm việc của mỗi ổ bằng ½ thời gian làm việc của trục

12. Đây là khung sẽ hiện các kiểu ổ lăn sau khi đã tính toán

13. Có thể thay đổi cách tính toán theo số giờ làm việc hoặc theo số vòng quay của ổ.

Một số hệ số khác trong khung 3 :

- Required Relability : hệ số tin cậy ;

- Special Bearing Properties factor : hệ số xét xác xuất làm việc không hỏng của ổ lăn ;

- Operating Conditions Factor : hệ số xét đến điều kiện làm việc ;

- Working Template : nhiệt độ làm việc;

- Factor of Additional Forces : hệ số lực phát sinh

Sau khi nhập xong các hệ số, ta click nút Calculate để tính toán & cho các kết quả ổ lăn có thể chọn, dựa theo chiều dài đoạn trục b0 ta chọn trước đó để chọn ổ lăn phù hợp nhất.

f. Trình tự chọn ổ 14. Xác định theo các trường hợp đặc biệt cho phù hợp HGT

15. Tính toán sơ bộ tỷ lệ Fa/Fr để chọn loại ổ lăn là ổ bi đỡ / ổ bi đỡ chặn / ổ đũa côn. Nếu lực va đập thì chọn ổ đũa / ổ đũa côn.


16. Thay đổi kiểu để chọn được loại phù hợp nếu thiết kế không có

• Nếu ban đầu là ổ bi đỡ ->

o Nếu có lực hướng tâm : ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy

o Nếu không có lực hướng tâm : ổ đũa trụ ngắn

• Nếu ban đầu là ổ bi đỡ chặn -> ổ bi đỡ chặn 2 dãy

• Nếu ban đầu là ổ đũa trụ ngắn/ ổ đũa côn - > chọn lại ổ đũa trụ/côn 2 dãy

Lưu ý : khi muốn chọn ổ thích hợp nhất về phương diện lực thì khi chọn kiểu ổ ta chọn ký hiệu ổ, khi đó phần mềm sẽ tính toán và chọn ổ lăn tất cả các kiểu có trong Category này.

Tuy nhiên khi đã có ý đồ thiết kế theo kiểu của ổ lăn, thì không nên chọn theo cách này, vì sẽ không biết kiểu ổ lăn được chọn, hoặc sau khi chọn được ổ phải kiểm tra lại kiểu ổ lăn có đúng ý đồ thiết kế không.

g. Các thông số kết quả tính toán : Equivalent Dynamic Load: tải trọng động tương đương Equivalent Static Load : tải trọng tĩnh

tương đương Static Safety Factor : hệ số an toàn tĩnh

Power Load by Friction: công suất bị hao hụt do ma sát Necessary Minimum Load : tải trọng cần thiết tối thiểu Calculated Bearing Lift : tuổi thọ tính được của ổ

Factor of Over – Revolving: hệ số vòng quay quá mức

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tính toán hệ thống dẫn động cơ khí, tập 1 – 2, Nhà xuất bản Giáo dục, 2003.

[2]. Curtis Waguespack, Mastering Autodesk Inventor 2015 and Autodesk Inventor LT 2015, Autodesk Official Press-Sybex (2014).

[3]. Autodesk, Engineer's Handbook – Autodesk Inventor, http://help.autodesk.com/view/INVNTOR/2016/ENU/?guid=GUID-C2452393-D245-49DA-AFBC-9E67830ECEEF.

Technology

tài liệu Inventor bách khoa