Tp chí Khoa hc và Công ngh, S 25, 2017
© 2017 Trường Đại hc Công nghip thành ph H Chí Minh
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT K CAM GLOBOID
S DNG CHỨC NĂNG THAM S TRÊN PHN MM
CREO PARAMETRIC 3.0
NGUYỄN TRƯỜNG GIANG
Khoa Công ngh Cơ khí, Trường Đại hc Công nghip thành ph H Chí Minh;
nguyentruonggiang@iuh.edu.vn
Tóm tt. CAM Globoid là một loại thiết bị cơ khí, thích ứng cho không gian tốc độ cao trong các cơ
cấu chuyển động gián đoạn. Do bmặt làm việc của CAM Globoid biên dạng 3D phức tạp nên việc
tính toán, thiết kế khá khó khăn. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp thiết kế CAM
Globoid bằng cách sử dụng các tính năng của phần mềm thiết kế CREO Parametric 3.0. Cụ thể các thông
số chuyển động, thông số hình học, biên dạng làm việc 3D của cấu CAM Globoid sẽ được tính toán
trực tiếp trên phần mềm dưới dạng tham số hình học. Một hệ thống các công thức, các bước tiến hành cụ
thể đã được diễn giải và trình bày giúp người thiết kế với kiến thức về CREO Parametric 3.0 ththiết
kế được CAM Globoid một cách nhanh chóng, chất lượng cao và giúp giảm chi phí thiết kế - gia công.
T khoá. Trc vít - bánh vít, biên dng cam, thiết kế CAM, CAM Globoid, Creo Parametric
Abstract. Globoid CAM is a kind of mechanical equipment, suitable for high speed space in the
intermittent motion mechanism.Globoid CAM surface has 3D complicated profiles, so design is quite
difficult.. In this paper, a Globoid CAM design method has been proposed using the features of CREO
Parametric 3.0 software. The motion and geometry parameters, and profile work Globoid CAM 3D will
be calculated directly on the software as a parametric geometry. The calculation will provide data needed
to build a 3D model of CAM completion. A system of formulas and specific must have to be interpreted
and presented to help the designers with knowledge of CREO Parametric 3.0 designing CAM Globoid
quickly, hight quality and lowers costs.
Keywords. Worm-gear, CAM Profile, CAM Design, Globoid CAM, Creo Parametric
1. GIỚI THIỆU
CAM Globoid là một cơ cấu đóng vai trò quan trng trong truyền động cơ khí, nhất là trong các cm
truyền động không đồng trc và có chuyển động gián đoạn. B truyền động s dụng CAM Globoid độ
chính xác cao, êm kích thưc nh gn. Tuy nhiên vic nh toán thiết kế biên dng CAM Globoid k
phc tp vì b mt hoạt động có biên dng 3D nên rt khó có th tính toán thiết kế bằng các phương pháp
thiết kế CAM thông thường. Ngoài ra, vic s dụng các phương pháp thiết kế cam truyn thng còn tn
khá nhiu thi gian, chất lượng thiết kế thp và có chi phí cao.
Đã một s nghiên cu v vic xây dng biên dng CAM Globoid bằng c phương thc khác
nhau nhưng khá phc tp, khối lượng công vic ln hoặc phương pháp lun không ràng khó ng dng
trong thc tế. Chng hn Chao Zhang Zhihong Zhang [1] đã đưa ra phương pháp thiết kế CAM
Globoid s dụng Matlab đ giải phương trình đường cong, qua đó tính toán xác định ta độ các điểm b
mt và thc hin xây dng biên dng bng Catia.
Guangguo Zhang, Zhibin Chang và Haitao Liu [2] đã sử dng các giao din lp trình ng dng (API
- trong Catia (CAA - Component Application Architecture) ca Catia để nh toán xây dng hình
3D cho CAM Globoid (hình 1). Cách thức đòi hỏi người thiết kế phi am hiu v lập trình C++/VC để
th viết chương trình giải và xác định các tham s ca CAM.
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIT K CAM GLOBOID S DNG CHỨC NĂNG 21
THAM S TRÊN PHN MM CREO PARAMETRIC 3.0
© 2017 Trường Đại hc Công nghip thành ph H Chí Minh
Hình 1. CAM Globoid trên phn mm Catia [2]
Trong công b ca mình - Nianfu Xu, Feng Xu Wei He [3] - đã đề xut cách xây dng CAM
Globoid tương tự như công việc ca Guangguo Zhang, Zhibin Chang và Haitao Liu [2]. Tuy nhiên, đây
các tác gi đã sử dng API Tool Kit (Pro E Tool kit) trên nn tảng Pro/E đểnh toán, v biên dng CAM.
Phn mềm được viết bng VC khi chy trên nn Pro/E giao din hp nhp các thông s được
trình bày hình 2.
Hình 2. Giao din và hp nhp liu khi chy trên nn Pro/E [3]
Các phương pháp tính toán, thiết kế CAM Globoid đã trình bày đều những ưu nhược điểm nht
định, tuy nhiên yếu t quan trng nhất chưa trình bày một phương thức tính toán, thiết kế CAM
Globoid với đầy đủ sở thuyết ch các bước thc hin hình hóa trên phn mm mt cách
đơn giản và kim chứng được.
Bài báo này s tp trung ch yếu vào vic thiết kế so sánh d liệu tính toán trên các phương pháp
khác nhau, còn v thi gian thiết kế so với các phương pháp khác chưa được kim chng bi không có d
liệu để so sánh.
2. ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
Phương pháp thiết kế biên dng CAM Globoid cn tho mãn các yêu cu sau:
- Không s dng các phn mềm khác như Matlab, VC, VB, user’s Program để tăng khả năng ứng
dụng người thiết kế không cn phi thông tho các ngôn ng, phn mềm khác cũng như chi phí bn
quyn kèm theo.
- Có th s dng biên dạng thu được chuyn sang gia công trên các máy CNC.
- Đơn giản và hiu qu khi s dng.
- T các yêu cu trên một phương pháp thiết kế biên dng 3D ca CAM Globoid s dng phn
mềm CREO 3.0 được đề xut gm các bước sau:
- Xác định các thông s thiết kế.
- Tính toán các thông s hoạt động.
- Tính toán tham s đường cong.
- Xây dng biên dng trên phn mm CREO.
2.1. Xác định các thông s thiết kế
ớc này xác định các thông s k thut để tính toán thiết kế biên dng CAM Globoid. Hình 3 mô t
các thông s cn thiết để thiết kế biên dng một CAM Globoid điển hình.
22 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT K CAM GLOBOID S DNG CHỨC NĂNG
THAM S TRÊN PHN MM CREO PARAMETRIC 3.0
© 2017 Trường Đại hc Công nghip thành ph H Chí Minh
Hình 3. Thông s ca một CAM Globoid đin hình.
2.2. Tính toán các thông s hoạt động
Các thông s hot động được tính toán qua các bước c th sau:
1) Tính vn tc góc trc vào.
1
2πN
w=60
(rad/s)
(1)
N S vòng quay trc vào
2) Tính góc dng
d, góc dao động
z, thời gian chia độ, thi gian dng ca CAM.
Tính góc dng d:
d + f = 2
(deg)
(2)
Góc dao động z:
Z
2π .H
==
IZ
(deg)
(3)
Vi Z = H.I là s con lăn, thường dùng Z = 6,8, 10, 12 và 16.
Thời gian chia độ tf:
f
f
1
θ
t=
w
(s)
Thi gian dng td:
d
d
1
θ
t=
w
(s)
(5)
3) Xác định chuyn v, vn tc góc, gia tc góc ca CAM.
Da trên quy lut chuyển động ca cam (hình 4), ta tính c chuyn v theo biu thc (6) các g
tr này được nhp vào hp thoi của CREO dưới dng các tham s.
C
rp2
rp1
Do
Di
D
z
h
B
O2
O1
Ho/2
Hi/2
2
1
b
e
N (vg/ph)
S vòng quay trc vào
C (mm)
Khong cách trc
f
Góc chia độ
H
S đầu mi
I
S khong chia
p
Góc ăn khớp cho phép
p
ng quay ca CAM (Trái/Phi)
Qui lut
Modifile Sin Curve
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIT K CAM GLOBOID S DNG CHỨC NĂNG 23
THAM S TRÊN PHN MM CREO PARAMETRIC 3.0
© 2017 Trường Đại hc Công nghip thành ph H Chí Minh
Hình 4. Đường cong hình sin biến đổi [4]
ff
ff
ff
πθ 1
sin 0
(4 π)θ 4(4 π) θ 8
7
2πθ 9 π
sin
4π (4 π)θ 4(4 π) 3 8 8
7
4πθ 1
sin
4π (4 π)θ 4(4 π) θ 8
f
ff
f
f
yh
yh
yh





















(h - là chuyn v ca cn)
(6)
T giá tr chuyn v, ta s tính được vn tc góc, gia tốc góc tương ứng với đạo hàm bc nht và bc
hai theo y
4) Xác định các thông s ca b truyn
Bán kính vòng chia bàn xoay:
p
p2 Zmax p
f
C tgα
r
V tgα
θ

(mm)
(7)
Vmax - vn tc ln nht theo quy luật đường cong
Bán kính của con lăn:
Rr = (0,5 ÷ 0,7) rp1sin (z/2)
(mm)
(8)
Chiu dài của con lăn:
br = (1 ÷ 1,4) Rr
(mm)
(9)
Khe h giữa CAM và con lăn:
e = (0,2 ÷ 0,3) br
(mm)
(10)
Chiu dài theo hình vành khăn của con lăn có bao gồm c khe h:
h = e + br
(mm)
(11)
Bán kính đỉnh ca bàn xoay:
Ho = br/2 + Rp2
(mm)
(12)
Bán kính đáy của bàn xoay:
Hi = Rp1 - br/2
(mm)
(13)
Bán kính vòng chia CAM rp1:
rp1 = C - rp2
(mm)
(14)
B rng ca CAM:
B = 2h
(mm)
(15)
2.3. Tính toán tham s đưng cong
24 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT K CAM GLOBOID S DNG CHỨC NĂNG
THAM S TRÊN PHN MM CREO PARAMETRIC 3.0
© 2017 Trường Đại hc Công nghip thành ph H Chí Minh
Thiết lập đường cong chuyển động cho biên dng b mặt dưới dng tham s hình hc bng cách chia
đường cong CAM thành 6 loại đường cong chính [6], trong đó 4 đường cong giai đoạn chia độ là 1L,
2L ,2R ,3R 2 đường cong giai đoạn dừng được trình bày như trong hình 5. Các hiu được cho
trong bng 1 s được s dụng để tính toán, nhp các tham s trong phn mm CREO.
BNG 1. CÁC THAM S S DNG
ĐỂNH TOÁN TRONG CREO 3.0
c
Khong cách trc
p
ng CAM
B1
Góc chia độ f
n
S khong chia
th
Góc theta
fei
Góc
fei1
Góc 1
R
Tham s b mặt thay đổi
w1
Vn tc trc vào
w2
Vn tc trc ra
pus
Góc ăn khớp
Hình 5. Các đường cong chuyn động 1L,2L, 2R, 3R và đưng cong dng SL, SR ca CAM
2.4. Xây dng biên dng trên phn mm Creo Parametric
Hp biên đường cong và chuyn khi Solid.
Hoàn thin xây dng biên dng cam.
3. ỨNG DỤNG KIỂM CHỨNG
Để kim chứng tính đúng đắn của phương pháp thiết kế đã đề xut, mt CAM Globoid cho máy
đóng gói đã được xem xét thiết kế, xây dng biên dng.
3.1. Tính toán thiết kế
1) Bước 1 - Xác định thông s thiết kế
BNG 2. THÔNG S ĐẦU VÀO
2) Bước 2 - Tính toán các thông s hoạt động
Áp dng các công thc mc 2.2 ta có kết qu tính toán các thông s hoạt động như ở bng 3.
BNG 3. THÔNG S HOT ĐỘNG
Vn tc trc vào
w =10 (rad/s)
Góc dng
d = 2400
Góc dao đng
z = 450
SL SR
3R
O2
Rp2
Rr
O1
C
B
O2
1
2L
Rp2
O1
2R
br
1
Rr
B
C
br
1L
S vòng quay trc vào
N = 300 vg/ph
Khong cách trc
C = 180 mm
Góc chia độ
f = 1200
S đầu mi
H = 1
S khong chia
I = 8
Góc ăn khớp cho phép
p = 300
ng quay ca CAM
p = 1 (Trái)
Kiu quy lut chuyển động
Modifile Sin Curve