do an tot nghiep dang duc dai.docx

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN __ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP__ KHOA CƠ KHÍ

Giới thiệu đề tài

Các nhà chế tạo máy công cụ cần vượt trội so với so với đối thủ khi họ gia

công cao tốc để rút ngắn thời gian máy cho một chi tiết. Hệ quả là tốc độ chạy dao

phải cao và gia tốc phải lớn, khi đó lực cắt tăng lên với yêu cầu ma sát phải thấp và

chi phí phải hợp lý với yêu cầu sản xuất.

Đến nay, bộ truyền vít me – đai ốc bi đã lên ngôi và ở ví trí đó trong một số

điểm yếu như: độ cứng vững chưa cao, tốc độ còn thấp so với yêu cầu của thời đại.

Trước đòi hỏi trên đây, mặc dù các nhà chế tạo đang không muốn chuyển sang một

giải pháp khác mà họ chưa tin lắm. Kết quả nghiên cứu đã lựa chọn ra bốn giải pháp

nguyên lý để đưa vào vòng lựa chọn khắt khe hơn. Các nguyên lý đó là:

1. Vít me – đai ốc bi ( ball and roller screw)

2. Vít me – đai ốc con lăn ren (Recirculating Roller crew)

Trang: 1


3. Vít me – đai ốc thủy tĩnh ( Hydrostatical roller screw )

4. Động cơ thẳng (Linear motor)

Đánh giá theo tiêu chí vận tốc chạy dao và gia tốc bằng sơ đồ portfolio cho

kết quả như sau:

Trang: 2


Theo kết quả phân tích này, ta thấy:

- Vít me đai ốc bi (1) kém hiệu quả và động cơ thẳng (4)đạt hiệu quả cao nhất

- Vít me đai ốc con lăn ren (2) vượt trội so với vít me đai ốc bi (1)

Tuy nhiên, các nhà doanh nghiệp vào đầu những năm 2000 nêu ra một số băn

khoăn như sau:

- Tại sao sự ưu việt của vít me – đai ốc con lăn ren (2) so với vít me đai ốc bi

(1) như vậy lại chưa được xuất hiện trên thị trường, phải chăng có nhược

điểm gì đó chưa lộ ra?

- Liệu ứng suất trước bên trong sẽ phát sinh nhiệt?

- Vấn đề bịt kín sẽ ra sao, nếu phoi lọt vào gây nhanh mòn trục?

Những nhà chuyên môn đó đã thống nhất một tiêu chí để tiếp tục đánh giá các

bộ truyền này. Kết quả đánh theo bộ tiêu chí này bằng phương pháp cho điểm có

trọng số. Ý nghĩa của hệ số trọng số này là:

- Hệ số trọng số 1: Tiêu chí không quan trọng lắm

- Hệ số trọng số 3: Tiêu chí có tầm quan trọng nâng cao

- Hệ số trọng số 9: Tiêu chí rất quan trọng

Trang: 3


Kết quả đánh giá được tổng hợp ở bảng sau: Nguồn : Wulf 2002 (Đức)

Không

gian

chiếm

chỗ

Độ

cứng

vững

Rủi

ro

vận

hành

Chi

phí

chế

tạo

Chi

phí

phát

triển

Rủi

ro

phát

triển

Lắp

ráp

Tiềm

năng

công

suất

Nhu

cầu

công

suất

Tổng Xếp

hạng

Hệ

số

trọng

số

1 9 3 3 3 3 3 9 3

Vít

me

đai

ốc bi

3 0 15 18 15 15 15 0 12 93 3

Vít

me

đai

ốc

con

lăn

ren

6 18 15 12 15 15 15 27 18 141 1

Vít

me

đai

ốc

thủy

tĩnh

1 36 3 0 6 0 0 27 3 82 4

Động

cơ

thẳng

2 54 3 6 0 6 6 54 3 128 2

Trang: 4


Đánh giá này được kiểm chứng bởi nhiều chuyên gia và với bộ tiêu chí đã

được chọn lọc kỹ. Kết quả đã đưa bộ truyền vít me – đai ốc con lăn ren lên vị trí

số 1. Những thông tin trên khích lệ chúng ta tiếp cận những vấn đề thiết kế chế tạo

bộ truyền này. Một câu hỏi lý thú cũng xuất hiện: Nếu việc chế tạo ra những đai ốc

con lăn ren có thể thực hiện ở Việt Nam thì có lẽ nên thay các đai ốc trượt thông

thường bằng loại đai ốc này dù cho độ cứng của vít me và độ chính xác của nó còn

thấp hơn yêu cầu. Chuyển từ ma sát trượt sang ma sát lăn là một ý tưởng rất hấp dẫn

đối với các nhà sản xuất.

Nhận được đề tài đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế bộ truyền vít me – đai ốc con

lăn ren” là niềm vinh dự đối với một sinh viên năm cuối như em. Qua đề tài, dưới

sự hướng dẫn chỉ bảo của thầy hướng dẫn, em được tìm hiểu về một bộ truyền có

nhiều tính ưu việt trong tương lai.

-

Trang: 5


Chương 1: Khái quát chung về trục vít con lăn ren

1.1. Giới thiệu về trục vít con lăn ren

1.1.1 Nguyên tắc hoạt động.

Trục vít con lăn là một thiết bị truyền động cơ khí tương tự như một vít

me đai ốc bi nhưng sử dụng các con lăn là các yếu tố chuyển tải giữa các đai

ốc và vít thay cho các viên bi. Các con lăn ren thường nhưng cũng có thể được

rãnh phụ thuộc vào loại vít con lăn. Cung cấp các điểm chịu lực nhiều hơn vít

me bi trong một khối lượng nhất định, ốc vít con lăn có thể nhỏ gọn hơn cho

một tải trọng nhất định trong khi cung cấp hiệu quả tương tự (75% - 90%) với

tốc độ vừa phải, và duy trì hiệu quả tương đối cao ở tốc độ cao. Vít con lăn có

ưu điểm hơn ốc vít me bi ở các tiêu chí: khả năng chịu tải động, độ cứng, tốc

độ, gia tốc, và tuổi thọ.

Ba yếu tố chính của một vít con lăn điển hình hành tinh là trục vít, đai

ốc và con lăn hành tinh. Các con lăn thường quay xung quanh các ốc vít khi họ

quay tương tự như một hành tinh, do đó được gọi là hành tinh, vệ tinh, con lăn.

Đối với đường kính vít và số lượng các con lăn tương ứng với công suất cao

hơn tải trọng tĩnh, nhưng không nhất thiết phải đến một khả năng chịu tải cao

hơn năng động.

Bộ dẫn động trục vít con lăn dùng để biến chuyển động quay thành

chuyển động tịnh tiến, nó được phát minh bởi Illininois Tool Works , Hoa

Kỳ. Bộ dẫn động trục vít con lăn bao gồm: một trục vít me nhiều đầu mối với

biên dạng và các con lăn hành tinh có rãnh, ăn khớp với trục vít.

Trục vít con lăn là một thiết bị cơ khí chính xác để chuyển đổi chuyển

động quay chuyển động tuyến tính, hoặc ngược lại. Do tính phức tạp của nó

vít con lăn là một thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, nhưng có thể phù

hợp với độ chính xác cao, tốc độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao.

Đây là sản phẩm của tương lai, nó được ứng dụng trong những ngành

như: Hàng không vũ trụ, máy công cụ, thiết bị đo lường, các thiết bị truyền

động, vũ khí, ép nhựa….

Trang: 6


Carl Bruno Strandgren phát triển hiệu quả một số hình thức đầu tiên của

trục vít con lăn và đã được trao bằng sáng chế Mỹ cho một “Cơ chế trục vít-

Threaded” vào năm 1954. William J. Roantree nhận được một bằng sáng chế

Hoa Kỳ “Khác biệt giữa các con lăn” vào năm 1968.

1.1.2. Các ưu điểm của trục vít con lăn ren

Trục vít con lăn là một cơ chế để chuyển đổi mô-men xoắn quay thành

chuyển động tuyến tính, một cách tương tự như đai ốc vít me hoặc vít me đai

ốc bi. Tuy nhiên, không giống như đai ốc hoặc vít me đai ốc bi, ốc vít con

lăn có khả năng mang vật nặng cho hàng ngàn giờ trong điều kiện khó khăn

nhất. Điều này làm cho ốc vít con lăn sự lựa chọn lý tưởng cho các yêu cầu,

nhiệm vụ môi trường liên tục. Với một số đặc điểm nổi bật sau, trục vít con

lăn ren sẽ được ứng dụng rông rãi trong tương lai không xa.

- Hiệu suất cao.

- Độ tin cậy, độ an toàn cao.

- Độ chính xác vị trí cao, làm việc ổn định.

- Tuổi thọ làm việc lâu dài, ít gây tiếng ồn.

- Có thể dùng cho cả ren trái và ren phải.

Trang: 7


1.1.3. Phạm vi ứng dụng của trục vít con lăn ren

Vít con lăn hành tinh được sử dụng trong các ứng dụng quan trọng nhất, đòi

hỏi khắt khe và chính xác yêu cầu chuyển động tuyến tính. Vít con lăn cung cấp

một thay thế hoàn hảo cho các hệ thống thuỷ lực của tải trọng và khả năng chu kỳ.

Ví dụ về các ngành công nghiệp và các ứng dụng khác dùng cho vít con lăn hành

tinh: trong máy công cụ (máy ép, máy chuốt, mài, cắt), trong quân sự (vũ khí định

vị, cửa kiểm soát, xử lý pháo binh…)

Vít con lăn hành tinh được sử dụng phổ biến nhất là thiết bị truyền động cơ

chế trong các thiết bị truyền động cơ điện tuyến tính. Do tính phức tạp của nó nên

vít con lăn là một thiết bị truyền động tương đối đắt tiền, nhưng có thể phù hợp với

độ chính xác cao, tốc độ cao, tải nặng, tuổi thọ cao và sử dụng các ứng dụng nặng.

Trang: 8


Một số hình ảnh về trục vít con lăn ren của hãng SKF:

Planetary roller screws ( Trục vít con lăn hành tinh)

Recirculating roller screws ( Trục vít con lăn tuần hoàn)

Trang: 9


SRC, Cylindrical axual play Cylindrial backlash elimination: TRU

BRC, backlash elimination Preload: PRU

SRF, Flanged axial play Flanged backlash elimination: TRK

BRF, backlash elimination Preload: PRK

SVC, Cylindrical axual play Cylindrial preloaded: PVU

BVC, backlash elimination

SVF, Flanged axial play Flanged preloaded: PVK

BVF, backlash elimination

Trang: 10


1.2. So sánh giữa trục vít con lăn ren và vít me đai ốc bi

Hình ảnh để so sánh trục vít con lăn và vít me đai ốc bi

Vít con lăn chuyển đổi mô-men xoắn quay thành chuyển động tuyến tính, tương

tự như ốc vít me hoặc vít me đai ốc bi. Với But roller screws can turn considerably

faster and cycle more frequently than both acme and ball screws, making them an

ideal fit for demanding, continuous-duty applications.Similarly sized roller screws

are more efficient than acme screws and can carry larger loads than ball screws,

handling loads up to 779,000 lbf.Vít con lăn kích thước tương tự nhưng có hiệu quả

hơn so với các ốc vít me và có thể mang tải trọng lớn hơn so với vít me đai ốc bi, có

thể chịu được tải trọng lớn hơn rất nhiều. The difference in performance is due to

the design for transmitting forces.Sự khác biệt trong hoạt động là do thiết kế để

truyền lực. The number of contact points in a ball screw is limited by the ball

size.Số lượng các điểm tiếp xúc trong một vít me đai ốc bi được giới hạn bởi kích

thước bi. In roller screw systems, multiple threaded rollers are assembled in a

planetary arrangement around a threaded shaft, which converts a motor's rotary

motion into linear movement of a shaft or nut.Trong các hệ thống vít con lăn, con

lăn được lắp ráp trong một sắp xếp hành tinh xung quanh một trục vít, chuyển đổi

chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tuyến tính của một trục. The

Trang: 11


rollers feature radiused flanks that deliver point contact, similar to balls on a

raceway, with only the radius near the point of contact included as part of the

profile. Các con lăn tiếp xúc điểm, tương tự như bi trên vòng ổ lăn với bán kính gần

điểm tiếp xúc. This design allows a larger radius with additional contact points to fit

into the existing space, lowering the stresses within the system and lengthening its

functional life.Bởi vì số lượng các điểm tiếp xúc lớn, ốc vít con lăn có khả năng

mang tải cao, cũng như độ cứng được cải thiện. This typically means that a roller

screw actuator takes up less space in order to meet a designer’s load requirement

than a similarly sized ball screw. Điều này có nghĩa rằng một thiết bị truyền động

trục vít con lăn chiếm không gian ít hơn để đáp ứng yêu cầu tải của một thiết kế hơn

một vít me đai ốc bi kích thước tương tự.

Trong trục vít me đai ốc bi, tải được truyền từ đai ốc thông qua các viên bi

chuyển động hồi trong rãnh. Đường kính viên bi được giới hạn xấp xỉ bằng 70% độ

sâu của đai ốc. Vì vậy điểm tiếp xúc nhỏ.

Vít me là một phần dẫn động cuối cùng của truyền động chạy dao trong phần

lớn các máy điều khiển số, do vậy cần được sử dụng các vít me có độ chính xác cao,

chịu mòn, và đảm bảo cứng vững. Loại cơ cấu vít me – đai ốc bi có tiếp xúc giữa vít

me và đai ốc và đai ốc là tiếp xúc lăn nên có thể coi ma sát không đáng kể và đáp

ứng được các yêu cầu làm việc kể trên.

Cả vít me và đai ốc đều có profil ren dạng cung tròn được gia công chính xác

để dẫn bi. Các rãnh dẫn bi chạy theo đường ren và vòng trở lại theo một đường dẫn

bên trong của đai ốc bi. Rãnh của vít me và đai ốc được chế tạo có hình dạng cung

nửa vòng tròn bán kính r1 và r2, tỉ số r1/ r2 chọn từ (0.95÷ 0,97), với r1: bán kính bi ,

r2: bán kính của rãnh đai ốc. Khe hở đường kính chọn sao cho góc tiếp xúc 450 .

Trong vít con lăn, tải được truyền từ đai ốc thông qua bề mặt của tất cả các con

lăn tham gia. Đường kính của mặt tiếp xúc gia tăng đáng kể số điểm tiếp xúc

Ngoài ra, với những đặc điểm mà vít me đai ốc bi không có như:

Khả năng chịu tải cao trong thời gian dài

Số vòng quay rất cao

Khả năng tăng tốc và giảm tốc độ rất nhanh

Tuổi thọ cao, độ tin cậy cao

Trang: 12


Khả năng chống lại điều kiện khó khăn, khắc nghiệt của môi trường

Có khả năng chịu được tải đột ngột

Trang: 13


1.3. Nguyên lý của trục vít con lăn hành tinh

Trang: 14


Cấu tạo của trục vít con lăn hành tinh (Planetary roller screws)

Trong hình minh họa vít bùng nổ hành tinh vít con lăn cơ bản gồm có một

trục vít (1), khớp nối (2) và một số con lăn hành tinh (3).

Các bánh răng con lăn trên các vành răng trong (4) tại mỗi đầu của con lăn.

Bánh răng vòng được lắp ráp và cố định bằng chi tiết (5). Đầu con lăn hình trụ được

đưa vào vòng đệm (6). Và được cố định nhờ vòng lò xo (7). Để đạt được tải trước,

một miếng đệm điều chỉnh (8) được đặt giữa hai nửa khớp nối.

Các đặc điểm của trục vít con lăn hành tinh:

Nhiều bề mặt tiếp xúc với nhau ( Các con lăn và trục vít, con lăn và đai

ốc): khả năng mang tải cao, tuổi thọ lâu dài.

Trang: 15


Không có tuần hoàn và không có sự tiếp xúc giữa các con lăn với nhau:

tốc độ quay cao, khả năng chịu tải động và đột ngột lớn.

Trục dẫn: Không có mất mát momen xoắn khi thay đổi hướng, chạy êm.

Thời gian làm việc của bộ dẫn động rất tin cậy và an toàn, có khả năng

làm việc tốt trong môi trường bụi bẩn, ít được bôi trơn.

Trang: 16


Một số ứng dụng tiêu biểu của trục vít con lăn hành tinh:

Do trục vít con lăn có khả năng chịu tải nặng trong thời gian dài ở điều

kiện khó khăn nhất nên ốc vít con lăn 5R/BR/TR/PR hành tinh thích hợp

cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất. Trục vít me con lăn có thể chịu

được tải trọng va đập và cơ chế thời gian đảm bảo độ tin cậy ngay cả

trong môi trường khắc nghiệt.

Ví dụ: - Đúc nhựa.

- Máy chuốt

- Van tuyến tính

- Máy ép

- Máy công cụ

- Các ngành công nghiệp thép

- Các ngành công nghiệp lốp xe

- Hệ thống xử lý tự động

- Máy bay quân sự, xe tăng, bệ phóng tên lửa, tàu ngầm

- Các ngành công nghiệp hạt nhân

Những lợi thế khi sử dụng vít con lăn trong những điều kiện khó khăn nhất trong

thời gian dài:

- Khả năng vận chuyển lớn

-Tuổi thọ cao

-Tốc độ quay rất lớn

-Thời gian cho phép tăng tốc cao

-Chịu được va đập đột ngột

-Hoạt động được trong những điều kiện khắc nghiệt như; bụi bẩn,…

Trang: 17


1.4 . Nguyên lý của trục vít con lăn tuần hoàn

Cấu tạo của trục vít con lăn tuần hoàn (Recirculating roller screws)

Carl Bruno Strandgren đã được trao bằng sáng chế Hoa Kỳ cho các ốc vít

con lăn tuần hoàn vào năm 1965. Năm 2006, Charles C. Cornelius và Shawn P.

Lawlor đã nhận được bằng sáng chế cho một hệ thống vít con lăn tuần hoàn.

Trang: 18


Các loại tuần hoàn của trục vít con lăn hành tinh cũng được biết đến như là

một ốc vít con lăn tái chế. Một vít con lăn tuần hoàn có thể đạt được một mức độ rất

cao về độ chính xác vị trí bằng cách sử dụng ren vít me. Các con lăn của một vít con

lăn tuần hoàn di chuyển dọc trục trong các đai ốc cho đến khi được trở lại vị trí sau

khi một quỹ đạo quay. Vít con lăn tuần hoàn không sử dụng bánh răng vòng. Con

lăn tuần hoàn được rãnh (thay vì luồng) để họ di chuyển dọc trục trong quá trình

tham gia quay của các con lăn và ốc vít, chuyển lên hoặc xuống một lãnh đạo của

chủ đề sau khi hoàn thành một quỹ đạo xung quanh vít. Lắp ráp đai ốc thường bao

gồm một lồng rãnh và vòng cam. Các con lăn được bố trí trong khe và có khoảng

cách đều giữa các con lăn. Các vòng cam đối lập cam phù hợp với một đường rãnh

dọc trục trong các rãnh cố định . Sau khi mỗi con lăn hoàn thành một quỹ đạo và trở

lại vị trí bắt đầu của nó. Chu trình được lặp lại liên tục.

Các đặc điểm của trục vít con lăn tuần hoàn:

Bước ren rất nhỏ (1mm), độ chính xác của bộ truyền cao, dễ cơ khí hóa.

Có các bộ phận nhỏ, đơn giản, khả năng chống chịu ngoại lực lớn và rất đáng

tin cậy.

Có nhiều điểm tiếp xúc, chịu được tải trọng nặng nhờ có độ cứng cao.

Một số ứng dụng tiêu biểu:

Trong những vịt trí đòi hỏi độ chính xác cao được sử dụng trục vít con lăn

tuần hoàn. Lợi thế của bộ truyền này là có thể giảm thiểu năng lượng đầu

vào, có thể đơn giản hóa để truyền dẫn hoàn chỉnh hơn.

Ví dụ: - Máy mài

- Phòng thiết bị thí nghiệm

- Thiết bị trong các bệnh viện

- Máy sản xuất giấy

- Công nghiệp in ấn

- Kính thiên văn, vệ tinh

Trang: 19


Chương 2: Những kiến nghị để lựa chọn

2.1. Đánh giá cơ bản và khả năng chịu tải

Để lựa chọn tốt nhất một trục vít con lăn, các nhà thiết kế phải xác định các

thông số quan trọng là: Tải, tốc độ quay, tỷ lệ gia tốc và giảm tốc độ, chu kỳ làm

việc, độ chính xác, độ cứng của các chi tiết, môi trường và một số yêu cầu đặc biệt

tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.

Đánh giá tải trọng động cơ bản (Ca) được sử dụng để tính toán tuổi thọ làm

việc của các con lăn. Tuổi thọ làm việc danh nghĩa (L10) của một trục vít con lăn là

số vòng quay (hoặc số lượng giờ làm việc ở một tốc độ không đổi) mà các vít con

lăn có khả năng chịu đựng trước khi tới giới hạn mỏi xảy ra trên một trong các bề

mặt lăn (vít, đai ốc, rãnh hoặc con lăn). Để đạt được tuổi thọ danh nghĩa (L10) tải

trọng làm việc trung bình lên đến 80% của (Ca) cho phép.

2.2. Số vòng quay tới hạn của trục vít

Tải trọng động tương đương: Các tải tác động lên trục vít có thể tính theo

phương pháp cơ học nếu ngoại lực (ví du: truyền tải năng lượng, làm việc, quán tính

quay và lực tác dụng) được biết đến hoặc có thể tính toán.Momen tải trọng động

phải được thực hiện bởi hệ thống tuyến tính dẫn hướng.

Tải tĩnh (Coa): Vít con lăn nên được lựa chon trên cơ sở của tải trọng tĩnh.

Đánh giá tải tĩnh (Coa) khi nó được cung cấp để hoạt động lien tục hoặc tải trọng va

đập liên tục trong khi tốc độ quay rất thấp trong khoảng thời gian ngắn. Theo tiêu

chuẩn ISO, áp dụng tải tĩnh theo tính toán (bề mặt ren, phần tử lăn) tổng các biến

dạng bằng 0,0001 đường kính độ võng của các con lăn tương ứng với các ăn khớp

tùy thuộc vào đường kính trục.

Các công thức tính Số vòng quay tới hạn của trục vít: Xem trang 84 tài liệu

tham khảo số 2.

Trang: 20


2.3. Tốc độ giới hạn cho phép

Tốc độ giới hạn cho phép là tốc độ mà một ốc vít có thể vượt qua không

đáng tin cậy bất cứ lúc nào. Nó thường là tốc độ hạn chế của các lực ly tâm trong

trục vít. Nó được thể hiện bằng đơn vị (vòng/phút) và đường kính của trục vít

(mm).Giới hạn tốc độ được trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo số 2 (xem

trang 84) là tốc độ tối đa có thể được áp dụng qua các thời kỳ rất ngắn và trong tối

ưu hóa các điều kiện liên kết, tải ở điều kiện bên ngoài và tải trước với dầu bôi trơn.

Trục vít hoạt động liên tục ở tốc độ giới hạn cho phép có thể dẫn đến giảm tuổi thọ

tính toán của cơ chế hạt.

Tốc độ cao kết hợp với tải trọng cao đòi hỏi một mô-men xoắn đầu vào lớn

và tuổi thọ danh nghĩa tương đối ngắn.Trong trường hợp của tăng tốc và giảm tốc

độ cao, nó được hoặc làm việc dưới danh nghĩa một tải trọng bên ngoài đảm bảo

các yếu tố lăn không trượt. Tải quá cao sẽ gia tăng nhiệt ở các bề mặt tiếp xúc.

Điểm mấu chốt của hệ truyền động cơ khí đó là bôi trơn. Bôi trơn ốc vít sẽ hoạt

động hiệu quả cao. Ở tốc độ cao, các chất bôi trơn lây lan trên bề mặt của trục vít,

có thể bị văng ta bởi lực ly tâm. Điều quan trọng là để theo dõi hiện tượng này trong

thời gian chạy đầu tiên ở tốc độ cao và có thể thích ứng với các tần số thay mỡ định

kỳ hoặc dòng chảy của chất bôi trơn, hoặc chọn một chất bôi trơn có độ nhớt cao

hơn.

Trang: 21


2.4. Bôi trơn

Dầu bôi trơn thường được sử dụng để bôi trơn các bộ phận khác quay như

vòng bi và bánh răng có thể được sử dụng cho vít. Độ nhớt của dầu được xác định

bởi tốc độ, nhiệt độ và tải trọng. Dầu cần phải có một độ nhớt ISO 100 ở nhiệt độ

đang chạy. Tăng độ nhớt hoặc tốc độ sẽ làm tăng nhiệt độ chạy. Ở tốc độ thấp (<10

vòng/phút) độ nhớt nên là ISO 200 ở nhiệt độ đang chạy. Dưới tải nặng, chất phụ

gia bảo vệ môi trường để cải thiện sức mạnh bộ phim được khuyến khích. Phụ gia

chống ăn mòn và ổn định cũng có thể được sử dụng để lợi thế. Dầu mỡ sẽ được trải

đều trên chiều dài trục vít, giúp bảo vệ các ốc vít chống lại sự ăn mòn do tiếp xúc.

Để ngăn ngừa bụi bẩn rơi vào các trụ vít cần phải lắp kín, có nắp chắn dầu ở

đầu trục. Tốc độ, momen xoắn, chất hóa học được xem xét kỹ trước khi bôi trơn.

Khoảng bôi trơn phụ thuộc vào chu kỳ làm việc của vít và chất bôi trơn trong quá

trình sử dụng bôi trơn. Kiểm tra chất lượng dầu mỡ thường xuyên, ví dụ: mỗi tháng.

Nếu độ nhớt của nó tăng lên cần phải thay thế. Nếu màu mỡ là tối hơn mới có thể

chỉ ra oxidation hoặc sự hiện diện của kim loại

2.5. Hiệu suất của hệ truyền động

Hiệu suất của trục vít con lăn phụ thuộc chủ yếu vào hình học của bề mặt

tiếp xúc và góc tiếp xúc của ren, điều kiện làm việc của đai ốc ( tải, tốc độ, bôi

trơn…) để xác định momen xoắn đầu vào cần thiết để chuyển đổi chuyển động

quay. Tải trước momen xoắn được đo ở 50 vòng/phút khi lắp ráp được bôi trơn

bằng lớp dầu ISO 64.

Momen xoắn đầu tiên là momen xoắn cần thiết để vượt qua những điều kiện

sau: Tổng quán tính của tất các bộ phận tăng tốc di chuyển bằng năng lương nguồn,

ma sát của trục vít lắp ráp với con lăn.

Trang: 22


2.6. Trục và khả năng tải

Tải trước, trước khi tải mô-men xoắn và độ cứng

Khi một vít con lăn với một hạt với chơi trục được đo trên một máy kiểm tra

độ bền kéo, một đồ thị tương tự như (Hình 1) thu được. Một mục tiêu là để loại bỏ

phạm vi hoạt động trục để định vị chính xác được cải thiện khi tải bên ngoài thay

đổi hướng.

Vít con lăn hành tinh là có sẵn với loại bỏ chơi bằng cách sử dụng hạt toàn

bộ (chỉ định: BR) hoặc tách hạt (chỉ định: TR). Trong trường hợp này, mô-men

xoắn tải trước sẽ là giữa 0 và TPE đo ở 50 vòng/phút khi bôi trơn bằng dầu ISO lớp

68.

Hành tinh và tuần hoàn vít con lăn cũng có cài đặt sẵn cho độ cứng tối ưu:

chỉ định của họ là quan hệ công chúng và PV. (hình 2) cho thấy làm thế nào một tải

sự chênh lệch đường kính giữa ổ đỡ và đầu trục Fq được áp dụng cho các nửa 1 và 2

Trang: 23


để có được một Fpr tải trước. Một phần tải này được sử dụng để tạo ra các lực tải

trước và là một trong những khe hở giữa các chi tiết đỡ.

Các chi tiết đỡ tải trước để cung cấp cho các mô-men xoắn chính xác tải

trước khi tải siết chặt được áp dụng. Trước khi tải bên ngoài được áp dụng hai nửa

khớp nối là ở trạng thái cân bằng tại A (hình 4) theo một Fpr tải.

Trang: 24


Khi F tải bên ngoài (hình 3) được áp dụng tải về nửa khớp nối trở thành F1 và

F2. Đối với tất cả các điều kiện F <2,83 Fpr tải nhìn thấy nửa 2 lớn hơn tải trọng bên

ngoài để tăng tải trước làm giảm tuổi thọ của vít. Khi tải bên ngoài đạt 2,83 Fpr nửa

được dỡ xuống và F2 = F. ốc lăn thường được cài đặt sẵn bằng cách nạp trước một

nửa hạt chống lại các khác chỉ có một nửa hỗ trợ tải bên ngoài theo một hướng nhất

định. Trong trường hợp này, nửa khớp nối tải bên ngoài. Bởi vì khả năng chịu tải rất

cao và độ cứng của ốc vít con lăn một hạt phân chia là đủ cho hầu hết các ứng dụng

và cung cấp một thiết kế cực kỳ nhỏ gọn.

Trang: 25


Đối với mỗi vít con lăn, độ cứng tối ưu một loạt các giá trị mô-men xoắn

preload, Tpr được đưa ra trong các dữ liệu kỹ thuật. Khách hàng tự do lựa chọn bất

kỳ giá trị trong phạm vi này: nếu không có giá trị được quy định cụ thể về trình tự,

giá trị trung bình sẽ được thực hiện.

Một đồ thị mô-men xoắn preload điển hình được hiển thị:

Tpr

Nm

Tpr

Nm

Trang: 26


Rnr : giá trị tham khảo của độ cứng tương ứng với giá trị mô-men xoắn.

Dung sai của mô-men xoắn tải di chuyển dọc theo chiều dài của trục vít phụ

thuộc vào góc xoắn của sợi trục vít, đường kính của trục vít và độ chính xác. Các

bảng cung cấp cho các dung sai của sự biến đổi mô-men xoắn tải trước.

Hãy tham khảo bảng A nếu các góc xoắn, nhỏ hơn 11° và bảng B nếu góc xoắn

lớn hơn 11°.

A. Tolerance of preload for screws with α< 11º

l1/d0≤ 40 and l1≤ 4000 l1/d0≤ 60 and l1≤ 4000

Tpr (Nm) G1 ± 1 G3 G5 G1 G3 G5

≤ 0,2 35 40 50 40 50 60

0,2 – 0,6 25 30 35 30 35 40

0,6 – 1,0 20 25 30 25 30 35

1,0 – 2,5 15 20 25 20 25 30

2,5 – 6,3 10 15 20 15 20 25

6,3 – 10,0 10 10 15 15 15 20

B. Tolerance of preload for screws with α≥ 11º

l1≤ 2000 2000≤l1≤ 4000

Tpr (Nm) G3 G5 G3 G5

0 – 10,0 70 80 80 90

Planetary roller screws preload for optimum rigidity with α≥ 11º are not available in

G1 lead precision

2.7. Độ cứng của trục tải tĩnh

Trang: 27


Độ cứng trục tĩnh của một lắp ráp hoàn chỉnh là tỷ số của tải trọng trục bên

ngoài được áp dụng trên hệ thống và dịch chuyển trục của bộ mặt của các hạt trong

mối quan hệ với sự kết thúc (neo) cố định của trục vít. Nghịch đảo của độ cứng của

hệ thống tổng là bằng tổng của tất cả các ngược của sự cứng nhắc của mỗi thành

phần (trục vít, đai ốc gắn trên trục, chịu tải của ổ trục, vv ..). Có thể được tính theo

công thức sau: 1R t

= 1Rs

+ 1Rn

Trong đó: Rt: Độ cứng tổng cộng

Rs: Độ cứng khớp nối

Rn: Độ cứngtrục vít me

Độ cứng khớp nối: Rn. Khi tải trước được áp dụng cho một khớp nối phân

chia, trước hết, được loại bỏ, sau đó, sự biến dạng đàn hồi Hert tăng lên khi tải

trước áp dụng để tăng độ cứng tổng thể. Biến dạng lý thuyết không đưa vào gia

công không chính xác, thực tế tải được chia ở giữa các bề mặt tiếp xúc khác nhau,

độ đàn hồi của hạt và của trục vít. Các giá trị độ cứng thực tế được đưa ra trong

danh mục là thấp hơn giá trị lý thuyết vì lý do này.

Độ cứng trục Rs: Biến dạng đàn hồi của trục vít tỷ lệ nghịch với chiều dài

của nó và tỷ lệ thuận với bình phương đường kính của trục, sự gia tăng quá lớn

tải trước của đai ốc và vòng bi mang lại một giới hạn tăng độ cứng và đặc biệt là

tăng mô-men xoắn và do đó các hoạt động nhiệt độ. Do đó, tải trước đã nêu trong

danh mục cho mỗi kích thước tối ưu và nên không được tăng lên.

Trang: 28


Rs được tính theo công thức sau: Với thép tiêu chuẩn

Rs = 165.d2

2

l (N/µm) (Hình 1)

Rs = 165 d2

2. ll2(l−l2)

(N/µm) (Hình 2)

Trang: 29


2.8. Khả năng chịu uốn của trục vít me

Các tải cột của trục vít phải được kiểm tra khi nó được trình tải chịu uốn (dù

hoạt động hoặc tĩnh). Tải nén tối đa cho phép được tính bằng cách sử dụng công

thức Euler. Sau đó được nhân với hệ số an toàn của 3 đến 5, tùy thuộc vào ứng

dụng. Cách lắp ghép của trục là rất quan trọng để lựa chọn các hệ số thích hợp để

được sử dụng trong các công thức Euler. Khi trục vít bao gồm đường kính, đường

kính gốc được sử dụng cho tính toán. Khi vít bao gồm các mục khác nhau với

đường kính khác nhau, tính toán trở nên phức tạp hơn.

2.9. Vật liệu và nhiệt luyện

Trục vít con lăn hành tinh được làm bằng vật liệu độ cứng cao. Trục vít được

làm thép hợp kim carbon 42 CrMo4 tôi cứng bằng cảm ứng. Các con lăn và khớp

nối được sản xuất từ thép chịu lực cao. Tất cả các bề mặt được xử lý nhiệt luyện cho

đến khi đạt độ cứng bề mặt lớn hơn 56 HRC, phù hợp để chịu tải. Các vật liệu khác,

chẳng hạn như thép không gỉ, có thể được. Trục vít hành tinh con lăn được sản xuất

đạt chất lượng theo theo tiêu chuẩn ISO1, 3 và 5.

Khớp nối và đai ốc tiêu chuẩn được gia công trong các thép 100Cr6 được tôi

cứng. Độ cứng của bề mặt tiếp xúc là 56-60 HRC. Hầu hết được làm bằng vật liệu

không gỉ có độ cứng bề mặt trong của 42 đến 58HRC.

Ca' =Ca .( Hv2

6542 )

Coa' =Coa .( Hv3

6543 )

Trang: 30


2.10. Kiến nghị để lắp ráp

Vít con lăn là thành phần chính xác và cần được xử lý cẩn thận để tránh

những cú tải đột ngột. Khi được lưu trữ trong các thùng vận chuyển, họ phải nằm

trên khối V bằng gỗ hoặc nhựa và không nên được cho phép để võng xuống.

Tiêu chuẩn lắp ráp trục vít con lăn hành tinh.

- Trục vít con lăn có khả năng chịu tải tĩnh cao (có thể lên đến 9500kN)

- Vận tốc của vít con lăn có thể đạt 120 m/phút hoặc cao hơn.

- Thử nghiệm đã được thực hiện thành công với gia tốc góc 7.000 radians/s2

- Đánh giá tải trọng động được sử dụng để tính toán khả năng chịu tải trong điều

kiện làm việc khó ỏi của một vít con lăn hành tinh. Đánh giá tải động được định

nghĩa như là một tải trọng, liên tục trong biên độ và chỉ đạo, theo đó 90% thống kê

của ốc vít con lăn hành tinh có tuổi thọ hoạt động lên tới 106 vòng/phút (L 10).

- Xếp hạng tải tĩnh (C0) và các yếu tố an toàn (S0): Đánh giá tải trọng tĩnh C0 là một

loại tải có thể gây ra một biến dạng lớn bằng 0,0001 của đường kính độ cong của

phần tử đo kiểu lăn. Để ngăn chặn sự biến dạng có thể làm giảm chức năng phù hợp

và tiếng ồn của các ốc vít con lăn hành tinh dựa trên yếu tố an toàn (S0). Vì vậy, nên

được sử dụng khi lựa chọn một vít con lăn trên cơ sở đánh giá tải trọng tĩnh của nó.

S0 (yếu tố an toàn) không nên được ít hơn 3.

- Tuổi thọ lý thuyết L10 hoặc Lh là thời gian hoạt động đạt 90% của một nhóm các ốc

vít con lăn hành tinh hoạt động trong cùng điều kiện.

Nói chung, khi lắp ráp trục vít được quy định bởi các nhân viên kỹ thuật của

khách hàng, đó là nhận trách nhiệm của họ để kiểm tra sức mạnh của những mục

tiêu này. Vít con lăn có thể được cung cấp với một đầu lớn hơn đường kính của

phần ren. Sức mạnh cốt lõi của kết thúc như vậy có thể bị ảnh hưởng bởi việc cắt

giảm đường kính lớn. Khi khái niệm này một kết thúc lớn được sử dụng, độ dài tối

thiểu đường kính gốc là cần thiết giữa kết thúc của chủ đề và khuôn mặt của đường

kính lớn hơn. Sau khi lắp ráp đã được làm sạch, gắn kết và bôi trơn, hạt được cho

phép để làm cho đột quỵ ở tốc độ thấp, kiểm tra các vị trí thích hợp của các thiết bị

Trang: 31


chuyển mạch giới hạn hoặc cơ chế đảo ngược trước khi tải và tốc độ đầy đủ

Ốc vít làm từ thép tiêu chuẩn (xem trang 20) và hoạt động theo tải trọng bình

thường có thể duy trì nhiệt độ trong khoảng -20 °C đến 110 °C.

- Từ 110 °C đến 130 °C, phải được thông báo để điều chỉnh các thủ tục tôi

luyện và kiểm tra các ứng dụng có thể thành công với một độ cứng dưới giá trị tiêu

chuẩn tối thiểu.

- Trên 130 độ C, thép thích nghi với nhiệt độ của ứng dụng nên được lựa chọn,

có thể làm giảm sự đánh giá tải.

Hoạt động ở nhiệt độ cao sẽ làm giảm độ cứng của thép, làm thay đổi tính

chính xác của vật liệu.

Trang: 32


Chương 3: Thông tin về sản phẩm và các phát minh sáng chế

3.1. Thông tin về sản phẩm

3.1.1. Trục vít con lăn hành tinh ( Planetary roller screws)

1. Cylindrical nuts with axial play, SRC

Backlash elimination with oversize rollers O as an option (BRC)

Standard Threaded rollers Customised

Thông số kích thước:

Trang: 33


2. Flanged nuts with axial play, SRF

Backlash elimination with oversize rollers O as an option (BRF)

Standard Thread rollers

Customised


Trang: 34


3. Preloaded cylindrical nuts, TRU for backlash elimination

PRU for optimum rigidity

Standard Threaded Customised


Trang: 35


4. Preloaded flanged nuts, TRK for backlash elimination

PRK for optimum rigidity

Standard Threaded roller screws Customised


Trang: 36


3.1.2. Trục vít con lăn tuần hoàn ( Recirculating roller screws)

1. Cylindrical nuts with axial play, SVC

Nuts with or without wiper recesses (standard = without)

Backlash elimination with oversize rollers O as an option (BVC)

Standard Threaded roller screws Customised


Trang: 37


2. Flanged nuts with axial play, SVF

Backlash elimination with oversize rollers O as an option (BVF)

Standard Grooved rollers Customised


Trang: 38


3. Preloaded cylindrical nuts, PVU

Nuts with or without wiper recesses (standard = without)


Trang: 39


4. Preloaded flanged nuts, PVK

Nuts with wiper recesses

Standard Grooved rollers Customised


Trang: 40


3.2. Một số phát minh sáng chế

3.2.1. Một số phát minh sáng chế về trục vít con lăn hành tinh

Carl Bruno Strandgren phát triển một số hiệu quả hình thức đầu tiên của ốc vít

con lăn và đã được trao bằng sáng chế Mỹ tên là "Screw-Threaded mechanism"

vào năm 1954, [1] ; bằng sáng chế "Nut và screw devices" năm 1965 [2] và

"roller scew" năm 1965. [3]

Trang: 41


Trang: 42


Trong bằng sáng chế “ Adjustable screw and nut device” của Pierre C.

Lemor năm 1973 có một chi tiết đáng chú ý đó là: Chi tiết số 8 được thiết kế để khử

khe hở giữa các bề mặt ren sau quá trình làm việc lâu dài

Trang: 43


Trang: 44


Năm 1975, Lars Ingmar Dock với bằng sáng chế “Roller screw mechanism”

Trang: 45


Trang: 46


3.2.2. Một số phát minh sáng chế về trục vít con lăn tuần hoàn

Năm 1989, Bernard Duruisseau có 1 bằng sáng chế “ Screw with recirculated

satellite rollers” đã có một số thiết kế đặc biệt của trục vít con lăn tuần hoàn

Trang: 47


Trang: 48


Trang: 49


Năm 2006, Charles C. Cornelius và Shawn P. Lawlor đã nhận được bằng

sáng chế “ Roller screw system”.

Trang: 50


Trang: 51


Trang: 52


Trang: 53


Trang: 54


KẾT LUẬN CHUNG

Sau một thời gian tìm tòi, nghiên cứu lựa chọn và dưới sự hướng dẫn tận tình

của các thầy giáo, cô giáo. Đến nay đề tài của em đã được hoàn thành.

Trong suốt quá trình phân tích, tìm hiểu, tính toán làm đề tài tốt nghiệp em đã

rút ra được một số kinh nghiệm và những kiến thức thực tế. Nó là nền móng cho

việc vận dụng vào công việc sau này, hơn thế nữa nó giúp em hiểu biết thêm về các

môn chuyên ngành, các cách tra cứu sách có hiệu quả… để phục vụ tốt cho công

việc của em sau này.

Trong quá trình thực hiện đề tài này mặc dù đã cố gắng tìm tòi học hỏi thầy, cô

giáo và các bạn bè cùng trao đổi kỹ năng, nhưng do hiểu biết còn hạn chế, đồng thời

còn thiếu kinh nghiệm nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo cùng bạn bè và đặc biệt

là thầy giáo PGS TSKH Phan Bá đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này.

Em mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy, cô giáo và các bạn để đề tài

của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cám ơn!

Trang: 55

do an tot nghiep dang duc dai.docx

Documents