Xem mẫu
- Hộp giảm tốc bánh răng con lăn (RL) là loại
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO hộp giảm tốc hành tinh kiểu mới, rất thích hợp cho
CÁC MÔĐUN QUAY TRONG ROBOT các môđun quay trong robot.
Hộp giảm tốc RL gồm có 4 bộ phận chính:
Nguyễn Thiện Phúc, Nguyễn Tiến Đức, 1) Trục đầu vào có đường tâm nằm lệch so
Lê Hoàng Giang, Trung tâm NCKT Tự động hoá, với tâm ổ bi, tạo nên bánh lệch tâm; 2) Đĩa răng có
ĐHBK - HN vành răng dạng sóng lượn; 3) Vành răng vòng ngoài
cố định gồm các răng chốt con lăn; 4) Trục đầu ra
cùng với các vành các chốt con lăn.
Tóm tắt: Đĩa răng lắp trên ổ bi lệch tâm sẽ lăn vòng
Môđun quay bao gồm động cơ, bộ phận giảm quanh bên trong vành răng chốt con lăn. Do các răng
tốc và bộ phận phản hồi tín hiệu. Môđun quay, trong của nó vào khớp với các chốt con lăn của vành răng
robot nói riêng và trong các thiết bị hiện đại nói vòng ngoài cố định cho nên đĩa răng quay ngược
chung, đòi hỏi nhiều tiêu chí như hiệu suất cao và đạt chiều với chiều quay trục đầu vào. Sự quay của đĩa
được tỷ số giảm tốc lớn, chạy êm và triệt tiêu khe hở, răng được truyền cho trục đầu ra bằng các chốt con
chịu được tải năng và cấu trúc nhỏ gọn. Môđun quay lăn xuyên qua các lỗ trên đĩa răng.
được đề xuất trong bài này với hộp giảm tốc bánh
răng con lăn mới, đáp ứng xuất sắc các tiêu chí nói
trên Con lăn vòng ngoài
Đĩa răng
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Môđun quay (rotation module) là bộ phận Bánh lệch tâm
quan trọng cấu thành robot. Môđun quay có chức năng
tạo ra sự quay của khớp động và quản lý được sự quay
đó. Thông thường môđun quay gồm có: động cơ điện
có thể kèm theo biến tần, hộp giảm tốc và cảm biến
tốc độ quay. Trong đó hộp giảm tốc ảnh hưởng lớn
đến kích cỡ và chất lượng của mođun quay.
2. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI MÔĐUN
QUAY
Môđun quay thường phải gắn trực tiếp với Trục ra Chốt con lăn Ổ bi Trục vào
khớp quay của robot. Vì thế yêu cầu đầu tiên đối với
môđun quay là có kích thước nhỏ gọn, trọng lượng
Hình 1
nhẹ, quay rất chậm. Như đã biết trọng lượng và kích
cỡ của môđun quay phụ thuộc vào hộp giảm tốc, nhất 4. NGUYÊN LÝ TẠO HÌNH DẠNG RĂNG LƯỢN
là khi thực hiện với tỷ số truyền rất cao. SÓNG CỦA ĐĨA RĂNG
Một yêu cầu quan trọng của môđun quay Biên hình của đĩa răng được xác định từ đặc
dùng cho robot là không bị trễ để đảm bẩo điều khiển điểm ăn khớp sau đây:
được trong thời gian thực. Như đã biết hiện tượng trễ
này chủ yếu là do tồn tại khe hở cạnh răng không Điều kiện để điểm N là điểm tiếp xúc giữa
tránh khỏi đối với bộ truyền bánh răng trong hộp giảm con lăn và biên hình răng nếu pháp tuyến của nó đi
tốc thông thường. qua tâm con lăn M và tâm ăn khớp P trong quá trình
ăn khớp máy (ăn khớp khi chế tạo đĩa răng).
Các yêu cầu kỹ thuật tiếp theo đối với môđun
quay là quán tính thấp, chạy êm, hiệu suất cao và đòi Từ điều kiện đó, có thể xác định được toạ
hỏi bôi trơn không thường xuyên. Hầu hết các yêu cầu độ của điểm N theo toạ độ của điểm M và điểm P,
kỹ thuật này lại phụ thuộc vào bộ truyền bánh răng như sau [4]:
của hộp giảm tốc. yM − yN
x N = xM − ( xM − x p ) (1)
3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỘP GIẢM yM − y p
TỐC BÁNH RĂNG CON LĂN.
rc ( y M − y N )
y N = yM − (2)
( xM − x p ) 2 + ( y M − y p ) 2
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
- A
rd
4
re
3
rc
1
2
Hình 3
Hình 2
Sau các phép biến đổi, từ (1) và (2) ta nhận
được phương trình đường biên hình răng ở dạng sau:
x N = rd sin ϕ − A cos(ϕZ 1 ) −
rc rd (3)
− sin ϕ − A sin(ϕZ 1 )
b Z1
y N = rd cos ϕ − A cos( ϕ Z 1 ) −
rc rd (4)
− cos n ϕ − A cos( ϕ Z 1 )
b Z1
1
b= rd2 + A 2 Z 12 − 2rd AZ 1 cos( Z 1 , ϕ ) (5)
Z1
Hình 4
Hầu hết các ký hiệu dùng trong (1) ÷ (5) đã 5. PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TÍNH CỦA HỘP GIẢM
được mô tả trên hình 2. TỐC RL THOẢ MÃN CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT
Ngoài ra: ĐỐI VỚI MÔĐUN QUAY
ϕ - góc quay của đĩa răng Z2 1. Hộp giảm tốc RL đạt được tỷ số truyền
rất cao. Do đĩa răng có số răng (Z2) ít hơn 1 so với số
Z2 - số răng của đĩa răng răng con lăn (Z1) nên khi trục đầu vào quay được 1
Z1 - số con lăn cố định, Z2 = Z1 - 1 vòng thì đĩa răng mới quay quanh trục tâm của nó
được 1 bước răng. Đĩa răng lại truyền trực tiếp
Trên hình 3 là ví dụ một đĩa răng với đường chuyển động quay sang trục đầu ra nhờ các chốt con
biên hình răng được chương trình máy tính vẽ ra theo lăn gắn liền với trục đầu ra. Như vậy, truyền động
nguyên lý ăn khớp nói trên và hình 4 là ảnh chụp một bánh răng con lăn có thể đạt tỷ số truyền (i) bằng
số đĩa răng đã được chế tạo tại Trung tâm NCKT tự chính số răng của đĩa răng. Suy từ công thức tính tỷ
động hoá, ĐHBK - HN dùng cho các môđun quay. số truyền bánh răng hành tinh kiểu lệch tâm, ta có
công thức sau:
1 Z2 (6)
i= =
Z Z 2 − Z1
1− 1
Z2
Vì Z1 = Z2 + 1 ta có i = -Z2 (7)
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
- Dấu trừ chứng tỏ đĩa răng này quay ngược 1 1 ε
chiều với trục đầu vào: η12 = 1 − fπ −
Z
(10)
Tỷ số truyền thường dùng từ 11 đến 87 đối
1 Z2 2
với cấp đơn, 10.000 đối với loại kép 2 cấp và cao hơn với: ε - hệ số trùng khớp
đối với loại kép 3 cấp. Như thấy trên hình 5, kích cỡ
của hộp giảm tốc dùng bánh răng con lăn rút xuống rất f - hệ số ma sát
nhiều so với hộp giảm tốc dùng các bánh răng thông Dựa vào công thức xác định hệ số ma sát
thường khi thực hiện cùng một tỷ số truyền giảm tốc giữa cặp mặt răng có màng dầu bôi trơn [3]
như nhau. Kích thước giảm đi cũng còn do khả năng
tải của dạng răng mới này cao hơn nhiều như phân f = 1, 489V −0 , 3V ∑−0 ,15 v −0 ,13 R −0 , 24 (11)
tích ở phần sau. Theo tính toán sơ bộ thì trung bình
kích thước giảm đi hơn một nửa, do đó trọng lượng trong đó:
cũng giảm theo. Các đặc tính đó là rất phù hợp với các
đòi hỏi của mođun quay trong robot. V v à VΣ - Vận tốc tương đối và vận tốc
tổng, cm/s
R - bán kính cong tương đương nhỏ nhất,
cm
v - độ nhớt của dầu bôi trơn, cct.
3. Hộp giảm tốc RL đảm bảo cho môđun
quay không bị trễ khi quay đảo chiều bằng biện pháp
dùng 2 đĩa răng lắp lệch nhau 1800 trên cùng 1 trục
đầu vào để triệt tiêu khe hở cạnh răng.
4. Hộp giảm tốc RL có thể thoả mãn yêu
cầu của môđun quay về chất lượng động lực học. Đó
là do tiếp xúc giữa răng và con lăn là tiếp xúc giữa
Hình 5 cặp mặt lồi - lõm chứa màng dầu thuỷ động. Trong
truyền động bánh răng con lăn thì các thông số như
2. Hộp giảm tốc RL duy trì được hiệu suất ở
bán kính cong tương đương, góc giữa đường tiếp xúc
mức cao ngay cả khi tỷ số truyền đạt được rất lớn.
với hướng di chuyển đều rất thuận lợi cho việc hình
Điều này không thể đạt được đối với hộp giảm tốc
thành màng dầu thuỷ động. Vì thế không những làm
bánh răng hành tinh thông thường. Đó là do trong
tăng khả năng tải lên rất cao mà còn làm giảm tiếng
truyền động bánh răng kiểu mới này ma sát lăn đã
ồn do tiếp xúc qua lớp dầu. Đồng thời việc dùng 2
thay thế cho ma sát trượt tương tự như trong truyền
đĩa răng lắp đối xứng làm tăng gấp đôi số răng cùng
động vítme bi. Ngoài ra với những quan hệ hình động
vào khớp, phân bố ở 2 vùng đối xứng nhau qua trục
học hợp lý ở vùng tiếp xúc giữa răng và con lăn còn
quay. Đặc điểm này là tăng khả năng chịu tải của hộp
tồn tại màng dầu thuỷ động, nên không những nâng
giảm tốc lên một lần nữa và làm cân bằng ly tâm nên
cao đáng kể khả năng chịu tải mà còn cải thiện về hiệu
làm việc êm dịu.
suất tăng lên rõ rệt.
6. KẾT LUẬN
Trên cơ sở công thức tính hiệu suất của hệ
thống bánh răng hành tinh kiểu lệch tâm, có thể xây Truyền động bánh răng con lăn có nhiều ưu
dựng biểu thức tính hiệu suất của hộp giảm tốc RL điểm nổi trội. Tỷ số truyền đạt được rất cao. Trong
như sau: đó ma sát lăn đã thay thế cho ma sát trượt, nên hiệu
suất tăng lên rõ rệt và duy trì ở mức cao, trên 90%.
( Z 1 − Z 2 )η12 Con lăn tiếp xúc với răng đĩa răng luôn luôn có màng
η= (8)
Z 1 − Z 2η12 dầu thuỷ động. Hai đĩa răng lắp lệch tâm đối xứng
với nhau nên triệt tiêu được khe hở cạnh răng, cân
vì Z1 = Z2 + 1, ta có: bằng được lực ly tâm, tăng số răng cùng vào khớp
đến gần một nửa. Vì thế nâng cao đáng kể khả năng
η12 chịu tải, giảm kích thước đi gần một nửa so với hộp
η= (9)
Z 1 − Z 2η12 giảm tốc thông thường và tăng cao rõ rệt chất lượng
động lực học khi làm việc. Tất cả những đặc điểm đó
Trong đó η12 là hiệu suất của cặp bánh răng của hộp giảm tốc RL đã đảm bảo các yêu cầu cao của
[1] các môđun quay trong robot. Môđun quay dùng bánh
răng con lăn là một sản phẩm kiểu mới và tỏ ra rất
phù hợp với kỹ thuật robot.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
- TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Koltrin N.I. Cơ học máy, M.1972 (tiếng Nga)
2. Litvin F.L - Lý thuyết ăn khớp bánh răng, M. 1968
(tiếng Nga)
3. Duxev I. I, Nguyễn Thiện Phúc, Phân tích đặc tính
tiếp xúc cục bộ trên cơ sở lý thuyết bôi trơn thuỷ
động. M, 1977 (tiếng Nga)
4. Nguyen Thien Phuc - Planetary cycloid roller gear
ruducer - Vietnam Journal of Mechanics. N.2 - 2002.
CALCULATION, DESIGNING,
MANUFACTURING OF
ROTARY MEDULES FOR ROBOT
Nguyen Thien Phuc,
Nguyen Tien Duc, Le Hoang Giang,
Research Centre of Automation, Hanoi University of
Technology
The rotary module consists of a motor, a
reducer and position feedback. The rotary modules
for robots and for modenr equipment, in general,
require many criteria such as high transmission
efficiency and high reduction ratio, smooth run and
dispose of backlash, compact structure and heavy
loads. The rotary module with the new roller gear
reducer, proposed in this paper, has satified the
above mentioned criteria.
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
nguon tai.lieu . vn
