NGHIÊN cứu, THIẾT kế, CHẾ tạo mô HÌNH hộp GIẢM tốc và cải TIẾN hệ THỐNG điều KHIỂN để NÂNG cấp CÔNG SUẤT của hệ RADIO CONTROL SERVO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRẦN ĐẠI NGHĨA ĐỒN VĂN NHỚ KHĨA: 2016 - 2020 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ KHÍ MÃ SỐ: 75.102.01 NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỘP GIẢM TỐC VÀ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NÂNG CẤP CÔNG SUẤT CỦA HỆ RADIO CONTROL SERVO Cán hướng dẫn: TS Lê Công Danh NĂM 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TĐN KHOA KTCS CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc PHÊ DUYỆT Ngày … tháng … năm 2020 CHỦ NHIỆM KHOA NHIỆM VỤ KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ThS Nguyễn Thanh Tồn Họ tên: Đồn Văn Nhớ Lớp: 16DDS06041 Khóa: 2016-2020 Nghành: Cơng nghệ Kỹ thuật khí Chun ngành: Cơng nghệ kỹ thuật khí Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỘP GIẢM TỐC VÀ CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NÂNG CẤP CÔNG SUẤT CỦA HỆ RADIO CONTROL SERVO Các số liệu ban đầu: Tỷ số truyền hệ thống Số vịng quay trục đầu n Cơng suất làm việc Plv (kW) (vòng/ph) u 0,123 100 60 Nội dung thuyết minh: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình công nghệ, chế tạo, lắp ráp kiểm nghiệm mô hình hệ thống RC Servo Số lượng, nội dung vẽ: - Bản vẽ A0: vẽ gồm vẽ lắp ráp, vẽ phân rã vẽ nguyên công - Bản vẽ A4: 19 vẽ gồm vẽ chi tiết vẽ cụm chi tiết hàn Cán hướng dẫn: TS Lê Công Danh; Bộ môn: Nhiệt điện; Khoa: KTCS Ngày giao: ……/……/2020 Ngày hồn thành: ……/……/2020 TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020 Chủ nhiệm môn Cán hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên, học hàm, học vị) ThS Huỳnh Đức Thuận TS Lê Cơng Danh Sinh viên thực Đã hồn thành nộp khóa luận tốt nghiệp ngày … tháng … năm 2020 (Ký ghi rõ họ tên) Đoàn văn nhớ LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, tơi nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình từ phía thầy cơ, gia đình bạn bè Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Công Danh, giảng viên Bộ môn Nhiệt Điện, khoa KTCS thầy khoa tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ tơi suốt q trình thực khóa luận tạo điều kiện cho vận hành thao tác thiết bị xưởng khí nhà trường gia cơng chi tiết khóa luận Đến nay, khóa luận tốt nghiệp hồn thành tiến độ đảm bảo nội dung yêu cầu Xong, q trình thực khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót kinh nghiệm cịn hạn hẹp nên mong nhận đóng góp ý kiến thầy khoa để khóa luận ngày hoàn thiện i MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iv DANH MỤC BẢNG .vi LỜI MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RC SERVO 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tổng quan đối tượng nghiên cứu .2 1.2.1 Các đặc trưng hệ RC Servo .2 1.2.2 Phân loại hệ RC Servo có thị trường 1.2.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 10 Kết luận chương 10 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG RC SERVO VÀ PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO 11 2.1 Chọn động phân phối tỉ số truyền 12 2.1.1 Chọn động 12 2.1.2 Phân phối tỷ số truyền 12 2.2 Thiết kế truyền bánh nghiêng hộp giảm tốc cấp 14 2.2.1 Thiết kế truyền bánh trụ nghiêng cấp chậm đầu hộp giảm tốc 14 2.2.2.1 Chọn vật liệu 14 2.2.2.2 Xác định ứng suất cho phép 14 2.2.2.3 Tính tốn truyền 16 2.2.2.4 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 17 2.2.2.5 Kiểm nghiệm độ bền uốn 17 2.2.2.6 Kiểm nghiệm tải 18 2.2.2.7 Các thông số kích thước truyền .18 ii-2.2.3 Thiết kế truyền bánh trụ nghiêng cấp nhanh hộp giảm tốc 19 2.2.3.1 Chọn vật liệu 19 2.2.3.2 Xác định ứng suất cho phép 19 2.2.3.3 Tính toán truyền 21 2.2.3.4 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 21 2.2.3.5 Kiểm nghiệm độ bền uốn 22 2.2.3.6 Kiểm nghiệm tải 23 2.2.3.7 Các thơng số kích thước truyền 23 2.2.4 Thiết kế truyền bánh trụ nghiêng cấp chậm đầu vào hộp giảm tốc 23 2.2.4.1 Chọn vật liệu 23 2.2.4.2 Xác định ứng suất cho phép 24 2.2.4.3 Tính tốn truyền 26 2.2.4.4 Kiểm nghiệm độ bền tiếp xúc 26 2.2.4.5 Kiểm nghiệm độ bền uốn 27 2.2.4.6 Kiểm nghiệm tải 27 2.2.4.7 Các thơng số kích thước truyền 28 2.3 Thiết kế trục 29 2.3.1 Thiết kế trục .31 2.3.2 Thiết kế trục .35 2.3.3 Thiết kế trục .38 2.4 Tính chọn ổ lăn .41 2.4.1 Chọn ổ lăn trục 41 2.4.2 Chọn ổ lăn trục 43 2.4.3 Chọn ổ lăn trục 46 2.5 Thiết kế vỏ hộp, chọn chi tiết phụ 48 2.5.1 Kích thước vỏ hộp 48 2.5.2 Chọn chi tiết phụ 49 2.6 Phương án chế tạo 49 iii-Kết luận chương 49 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ RC SERVO 50 3.1 Đối tượng điều khiển hệ RC Servo 50 3.1.1 Mơ hình hóa động DC hệ RC Servo 50 3.1.1.1 Định nghĩa, phân loại, cấu tạo nguyên tắc hoạt động 50 3.1.1.2 Mơ hình hóa động DC 775 52 3.1.2 Mơ hình hóa cầu H hệ Servo 55 3.2 Phân tích yêu cầu hệ điều khiển hồi tiếp hệ RC Servo 57 3.3 Thiết kế mạch điều khiển .58 Kết luận chương 61 CHƯƠNG 4: LẬP QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHI TIẾT TRỤC 2, GIA CÔNG, LẮP RÁP VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG RC SERVO 62 4.1 Lập quy trình cơng nghệ chi tiết trục 62 4.1.1 Phân tích chi tiết 62 4.1.1.1 Phân tích kết cấu .62 4.1.1.2 Phân tích vật liệu .62 4.1.1.3 Phân tích tính cơng nghệ 62 4.1.2 Lập quy trình công nghệ .63 4.1.3 Thiết kế nguyên công chế tạo 65 4.2 Quy trình lắp ráp hệ thống RC SERVO 67 4.3 Kiểm nghiệm hệ thống RC SERVO .71 4.3.1 Kiểm nghiệm tải 71 4.3.2 Kiểm nghiệm góc quay 73 Kết luận chương 73 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 5.1 Kết luận 74 5.2 Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nguyên tắc điểm đặt chế phản hồi hệ Servo Hình 1.2 Cấu tạo mơ hình 3D hệ RC Servo Hình 1.3 Mối quan hệ vị trí trục động độ rộng xung Hình 2.1 Sơ đồ hộp giảm tốc 11 Hình 2.2 Sơ đồ tải trọng 11 Hình 2.3 Khoảng cách đoạn trục 30 Hình 2.4 Biểu đồ nội lực trục 32 Hình 2.5 Điều khiện chế tạo bánh liền trục 33 Hình 2.6 Thơng số đường kính trục 33 Hình 2.7 Biểu đồ nội lực trục 36 Hình 2.8 Thơng số đường kính trục 37 Hình 2.9 Biểu đồ nội lực trục 39 Hình 2.10 Sơ đồ bố trí lực (trục 1) 41 Hình 2.11 Sơ đồ bố trí lực (trục 2) 46 Hình 2.13 Khớp nối đàn hồi 49 Hình 3.1 Nguyên tắc hoạt động động điện chiều 52 Hình 3.2 Sơ đồ kết nối điện động điện chiều 52 Hình 3.3 Đường đặc tính khí động 775 54 Hình 3.4 Kích thước học động 775 54 Hình 3.5 Hình thực tế động 775 54 Hình 3.6 Nguyên lý điều khiển đảo chiều mạch cầu H 55 Hình 3.7 Mơ hình hóa cầu H qua giản đồ thời gian 55 Hình 3.8 Cấu tạo hệ RC SERVO 57 Hình 3.9 Tín hiệu điều khiển hệ RC Servo 57 Hình 3.10 Sơ đồ khối chức IC AA51880 58 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý IC AA51880 kết hợp với cặp MOSFET kênh P kênh N 58 Hình 3.12 Sơ đồ khối chức hệ RC Servo với mạch tăng cơng suất 59 Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ RC Servo 60 v Hình 3.14 Sơ đồ chân mạch điều khiển hệ RC Servo 61 Hình 4.1 Yêu cầu kỹ thuật trục 63 Hình 4.2 Ký hiệu bề mặt gia công 63 Hình 4.3 Các cụm chi tiết hồn chỉnh 67 Hình 4.4 Các đỡ hộp giảm tốc 68 Hình 4.5 Hộp gảm tốc cấp hệ rc servo 68 Hình 4.6 Cụm mạch điều khiển động vị trí góc 69 Hình 4.7 Mơ hình hệ thống rc servo hoàn chỉnh 69 Hình 4.8 Xét góc 00 kiểm nghiệm 70 Hình 4.9 Kiểm nghiệm với mức tải 10kg 71 Hình 4.10 Kiểm nghiệm với mức tải 14kg 71 Hình 4.11 Kiểm nghiệm với mức tải 16kg 72 Hình 4.12 Kiểm nghiệm với mức tải 18kg 72 Hình 4.13 Kiểm nghiệm với mức tải 20kg 72 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Ưu nhược điểm hộp số sử dụng loại vật liệu khác Bảng 2.1 Thông số động 12 Bảng 2.2 Bảng số liệu 12 Bảng 2.3 Đặc tính kỹ thuật 13 Bảng 2.4 Thông số truyền HT RC SERVO 28 Bảng 2.5 Thông số ổ lăn trục 43 Bảng 2.6 Thông số ổ lăn trục 46 Bảng 2.7 Thông số ổ lăn trục 48 Bảng 2.8 Thông số vỏ hộp 48 Bảng 2.9 Phương án chế tạo hộp giảm tốc 49 Bảng 3.1 Giá trị định mức động 775 53 Bảng 3.2 Đặc tính hệ thống điều khiển hệ RC Servo 59 Bảng 4.1 Thành phần thép 40X 62 Bảng 4.2 Thông số bánh 64 Bảng 4.3 Bảng nguyên công chế độ cắt 65 Bảng 4.4 Bảng thơng số kiểm nghiệm góc quay 73 vii LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ nhanh chóng, để đạt kết có đóng góp lớn ngành cơng nghệ kỹ thuật khí ngành kỹ thuật điện tử Với phát triển vũ bảo hai ngành xâm nhập vào tất ngành khoa học – kỹ thuật khác đáp ứng nhu cầu người dân Hệ RC Servo coi sản phẩm kết hợp khí (ngành kỹ thuật khí) điện tử (ngành kỹ thuật điện tử), chúng sử dụng rộng rãi ứng dụng có liên quan đến lĩnh vực Robotics, công nghiệp đời sống ngày Yếu tố xác góc quay, tải trọng công suất thực thi công việc đặt lên hàng đầu hệ RC Servo đáp ứng tốt yêu cầu Tuy nhiên, công suất hệ RC Servo tương đối nhỏ, dao động từ 10 Watt đến 20 Watt Các hệ RC Servo có cơng suất lớn giá thành cao, khơng phù hợp với nhiều đối tượng người dùng Nghiên cứu nâng cấp công suất hệ RC Servo cho mơ hình nội dung khóa luận bao gồm việc giải hai tốn: nâng cấp phần khí phần điện - điều khiển toàn hệ Điều giải cho phép mở rộng ứng dụng có lĩnh vực Robotics, tăng tính linh hoạt cho cấu chấp hành tiền đề để cải tiến tính xác tối ưu tốn điều khiển hệ 61 c Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển hệ RC Servo a Khối nguồn khối khuếch đại tín hiệu; b khối khuếch đại công suất BTS7960; c khối điều khiển trung tâm Hình 3.14 Sơ đồ chân mạch điều khiển hệ RC Servo Kết luận chương Trong chương phân tích đặc tính đối tượng, mơ hình hóa động DC mạch cầu H hệ RC SERVO Từ yêu cầu đặt thiết kế mạch điều khiển cho hệ RC SERVO 62 CHƯƠNG 4: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHI TIẾT TRỤC 2, GIA CÔNG, LẮP RÁP VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG RC SERVO 4.1 Lập quy trình cơng nghệ chi tiết trục 4.1.1 Phân tích chi tiết 4.1.1.1 Phân tích kết cấu Trục mặt hình học trục bậc có bánh liền trục Đường kính trục lớn d=15mm, nhỏ d=10mm, dài 75,5mm, có bánh liền trục da=21,99mm, d=19,99mm, b=20mm, z=19 răng, góc nghiêng =18,120, bánh nghiêng phải 4.1.1.2 Phân tích vật liệu Vì trục có bánh liền trục nên vật liệu chế tạo trục với vật liệu chế tạo bánh tính toán chương II Vật liệu lựa chọn làm trục thép 40X có thành phần sau: Bảng 4.1 Thành phần thép 40X Mác thép GOST 4543 40X C Si Mn 0.36- 0.17- 0.5- 0.44 0.37 0.8 P S