Thiết kế hộp số hành tinh cho Xe có hướng dẫn tự động (AGV) truyền động đòi hỏi phải xem xét cẩn thận về mô-men xoắn, tốc độ, hạn chế về không gian, hiệu quả và độ bền. Dưới đây là hướng dẫn từng bước để thiết kế một hộp số hành tinh thích hợp cho các ứng dụng AGV.
1. Yêu cầu thiết kế
• Trước khi bắt đầu, hãy xác định các yêu cầu chính:
• Tốc độ đầu vào (RPM): Tốc độ động cơ (ví dụ: 3000 vòng/phút).
• Tốc độ đầu ra (RPM): Tốc độ bánh xe mong muốn (ví dụ: 100 vòng/phút).
• Yêu cầu về mô-men xoắn: Dựa trên tải trọng AGV, khả năng tăng tốc và độ nghiêng (ví dụ: 50 Nm).
• Hiệu quả: Cao ( ≥95% mỗi công đoạn).
• Kích thước & Trọng lượng: Nhỏ gọn và nhẹ.
• Độ bền: Tuổi thọ cao với chi phí bảo trì tối thiểu.
• Lắp đặt: Khả năng tương thích với động cơ và cụm bánh xe.
• Phản ứng dữ dội: Tối thiểu để điều khiển chuyển động chính xác.
2. Tính tỷ số truyền
Bánh răng hành tinh cung cấp tỷ lệ giảm cao trong không gian nhỏ gọn.
Tỷ số truyền (i) = Tốc độ đầu vào / Tốc độ đầu ra
Ví dụ:
Nếu tốc độ động cơ = 3000 vòng/phút thì tốc độ bánh xe = 100 vòng/phút
Tỷ số truyền = 3000/100 = 30:1
Đối với tỷ số cao, hộp số hành tinh nhiều cấp (ví dụ: 2 hoặc 3 cấp) được sử dụng:
Giai đoạn 1: 5:1
Giai đoạn 2: 6:1
Tổng tỷ lệ = 5 × 6 = 30:1
3. Linh kiện hộp số hành tinh
Bộ bánh răng hành tinh bao gồm:
(1) Sun Gear (được điều khiển bởi đầu vào động cơ).
(2) Bánh răng hành tinh (3-4 bánh răng ăn khớp với bánh răng mặt trời và vành răng).
(3) Bánh răng vành (đứng yên hoặc quay, tùy theo cấu hình).
(4) Giá đỡ (nối các bánh răng hành tinh với trục đầu ra).
Cấu hình chung cho AGV:
• Bánh răng cố định (Phổ biến nhất):
Sun Gear → Đầu vào
Bánh răng → Đã sửa
Nhà cung cấp dịch vụ → Đầu ra
Tỷ số truyền = 1 + (Răng vòng/Răng mặt trời)
• Giá đỡ cố định: Được sử dụng để giảm tốc độ cao.
4. Lựa chọn vật liệu
Bánh răng: Thép được tôi cứng (20MnCr5, 18CrNiMo7-6) để đảm bảo độ bền.
Ring Gear: Cùng chất liệu hoặc kim loại thiêu kết để tiết kiệm chi phí.
Planet Carrier: Nhôm (nhẹ) hoặc thép (mô-men xoắn cao).
Vòng bi: Vòng bi tiếp xúc góc hoặc rãnh sâu có độ chính xác cao.
5. Tính toán mô-men xoắn và tải trọng
Mô-men xoắn đầu vào (T_in):
Tin=Pmotor/2πNđộng cơ
(Ở đâu Pmotor = công suất động cơ tính bằng Watt, động cơ= tốc độ động cơ tính bằng RPM)
Mô-men xoắn đầu ra (T_out):
Tout=Tin×i×η
(Ở đâu η = hiệu quả, thường là 0,95 mỗi giai đoạn)
Tải trọng răng (F_t):
Ft=2Tin/dsun
(Ở đâu dsun= đường kính bước bánh răng mặt trời)
Hệ số an toàn: ≥1,5 cho các ứng dụng AGV.
6. Thiết kế bánh răng (Lựa chọn mô-đun)
Mô-đun (m): Xác định kích thước răng (tiêu chuẩn: 1-3 mm đối với AGV).
Đường kính sân (d):
d=m×z
(Ở đâu z = số răng)
Khoảng cách bánh răng hành tinh:
(dsun+dplanet)=dring−dsun/2=
Tỷ lệ liên hệ: ≥1.2 để vận hành trơn tru.
7. Thiết kế vòng bi và vỏ
Vòng bi hành tinh: Vòng bi lăn kim mang lại sự nhỏ gọn.
Vòng bi trục đầu ra: Vòng bi côn chịu tải trọng trục.
Vỏ: Nhôm để giảm trọng lượng hoặc gang để tăng độ cứng.
8. Bôi trơn & làm kín
Bôi trơn: Dầu mỡ (không cần bảo trì) hoặc dầu (hiệu suất cao).
Con dấu: IP65 hoặc cao hơn cho khả năng chống bụi/nước.
9. Kiểm soát phản ứng dữ dội
Bánh răng chính xác:
Tải trước có thể điều chỉnh: Bánh răng hành tinh lò xo.
10. Tạo nguyên mẫu và thử nghiệm
Phân tích FEA: Kiểm tra ứng suất trên bánh răng và vỏ.
Kiểm tra hiệu quả: Đảm bảo hiệu suất tổng thể >90%.
Kiểm tra độ bền: Chạy dưới tải trong hơn 500 giờ.
Ví dụ về thông số hộp số hành tinh AGV
|
tham số |
Giá trị |
|
Công suất động cơ |
400 W |
|
Tốc độ đầu vào |
3000 vòng/phút |
|
Tốc độ đầu ra |
150 vòng/phút |
|
Tỷ số truyền |
15:1 |
|
mô-men xoắn đầu ra |
120 Nm |
|
cân nặng |
|
|
Hiệu quả |
≥90% |
|
Phản ứng dữ dội |
|
Kết luận
Hộp số hành tinh được thiết kế tốt cho AGV phải cân bằng giữa độ nén, mật độ mô-men xoắn và hiệu quả. Thiết kế nhiều giai đoạn thường có mức giảm cao, trong khi việc lựa chọn vật liệu và sản xuất chính xác đảm bảo độ tin cậy. Sử dụng CAD (SolidWorks, CATIA) và các công cụ mô phỏng (ANSYS, Romax) để xác thực trước khi sản xuất.
Bạn có muốn trợ giúp về các tính toán cụ thể hoặc lập mô hình CAD không? Liên hệ với chúng tôi Hộp số AGV chuyên gia ngay bây giờ!
