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 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com TRƯỜNG ĐẠI HỌC TĐN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KTCS PHÊ DUYỆT Ngày … tháng … năm 2020 CHỦ NHIỆM KHOA ThS Nguyễn Thanh Tồn Họ tên: Đồn Văn Nhớ Nghành: 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: Nội dung thuyết minh: Nghiên cứu, thiết kế, lập quy trình cơng nghệ, chế tạo, lắp ráp kiểm nghiệm mơ 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 Công Danh Sinh viên thực Đã hồn thành nộp khóa luận tốt nghiệp ngày … tháng … năm 2020 (Ký ghi rõ họ tên) Đoàn văn nhớ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp, 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 tơi vận hành thao tác thiết bị xưởng khí nhà trường gia cơng chi tiết khóa luận Đến nay, khóa luận tốt nghiệp hoàn thành tiến độ đảm bảo nội dung u cầu Xong, q trình thực khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót kinh nghiệm hạn hẹp nên mong nhận đóng góp ý kiến thầy khoa để khóa luận ngày hồn thiện TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 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 1.2 Tổng quan đối tượng nghiên cứu 1.2.1 Các đặc trưng hệ RC Servo 1.2.2 Phân loại hệ RC Servo có thị trường .6 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 thơng số kích thước truyền 18 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 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 tốn 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 thông 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 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com iii-Kết luận chương CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ RC SERVO 3.1Đối tượng điều khiển hệ RC Servo 3.1.1Mơ hình hóa động DC 3.1.1.1 Định nghĩa, phân loại, cấu tạo nguyên tắc hoạt động 3.1.1.2 Mơ hình hóa động DC 775 3.1.2Mơ hình hóa cầu H hệ Ser 3.2Phân tích yêu cầu hệ điều khiển hồi tiếp hệ RC Ser 3.3Thiết kế mạch điều khiển Kết luận chương CHƯƠNG 4: LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHI TIẾT TRỤC 2, GIA CÔNG, LẮP RÁP VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG RC SERVO 4.1Lập quy trình cơng nghệ chi tiết trục 4.1.1Phân tích chi tiết 4.1.1.1 Phân tích kết cấu 4.1.1.2 Phân tích vật liệu 4.1.1.3 Phân tích tính cơng nghệ 4.1.2Lập quy trình cơng nghệ 4.1.3Thiết kế ngun cơng chế tạo 4.2Quy trình lắp ráp hệ thống RC SERVO 4.3 Kiểm nghiệm hệ thống RC SERVO 4.3.1Kiểm nghiệm tải 4.3.2Kiểm nghiệm góc quay Kết luận chương CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1Kết luận 5.2Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Ngun 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 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 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 hoàn 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 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 63 - Đối với trụ trịn: Tiện thơ, tiện bán tinh, tiện tinh - Đối với bánh răng: Phay dao phay đĩa modul - Đối với rãnh then: Phay rãnh then dao phay ngón 4.1.2 Lập quy trình cơng nghệ - Chọn phơi trụ trịn đặc Do số lượng sản xuất đơn chiếc, có nhiều bước ngun cơng có lặp lại gá đặt lẫn dụng cụ cắt, nguyên công chủ yếu tiện phay nên ta chọn phương án tập trung ngun cơng Hình 4.1 Yêu cầu kỹ thuật trục Hình 4.2 Ký hiệu bề mặt gia công TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 64 Phương pháp gia công bề mặt - Gia công bề mặt (1), (3), (4), (9): Bề mặt làm việc nên tiện tinh - Gia công bề mặt (2), (5), (8): Bề mặt không làm việc nên tiện bán tinh - Gia công mặt (8): Phay nghiêng - Gia công mặt (9): Phay rãnh then Nguyên công 1: Tiện mặt (2), (3), (4), (5), khoan tâm, vát mép - Bước 1: Tiện khỏa mặt đầu (5) - Bước 2: Khoan tâm mặt (5) - Bước 3.1: Tiện thô mặt (2) đặt d=16mm, L=41mm - Bước 3.2: Tiện thô mặt (3) đạt d=14mm, L=23mm - Bước 3.3: Tiện thô mặt (4) đạt d=11mm, L=10,5mm - Bước 4.1: Tiện bán tinh mặt (2) đạt d=15mm - Bước 4.2: Tiện tinh mặt (3) đạt d=13mm - Bước 4.3: Tiện tinh mặt (4) đạt d=10mm - Bước 5: Vát mép 1x450 Nguyên công 2: Tiện mặt (1), (8), (9), khoan tâm, vát mép - Bước 1: Tiện khỏa mặt đầu (8) - Bước 2: Khoan tâm mặt (8) - Bước 3: Tiện tinh mặt (1) đạt d=21,99mm - Bước 4.1: Tiện thô mặt (9) đạt d=11mm, L=14,5mm - Bước 4.2: Tiện tinh mặt (9) đạt d=10mm - Bước 5: Vát mép 1x450 Nguyên công 3: Phay bánh nghiêng liền trục - Bước 1: Phay thô nghiêng (7) dao phay đĩa modul - Bước 2: Phay tinh nghiêng (7) dao phay đĩa modul Bảng 4.2 Thông số bánh Modul Số TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 65 Góc nghiêng Hướng nghiêng Nguyên công 4: Phay rãnh then Phay rãnh then (6) dao phay ngón 5mm Thơng số rãnh then: b=h=5mm, t2=2,3mm Nguyên công 5: Tôi bề mặt đạt độ cứng 50 HRC Nguyên công 6: Kiểm tra 4.1.3 Thiết kế nguyên công chế tạo Nguyên công Thiết bị Đồ gá Nội dung bước công nghệ Tiện khỏa mặt đầu (5) Khoan tâm 3.1 Tiện thô mặt (2) 3.2 Tiện thô mặt (3) 3.3 Tiện thô mặt (4) 4.1 Tiện bán tinh mặt (2) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 66 4.2 Tiện tinh mặt (3) 4.3 Tiện tinh mặt (4) Vát mép Nguyên công Thiết bị Đồ gá Nội dung bước công nghệ Tiện khỏa mặt đầu (8) Khoan tâm mặt (8) Tiện thô mặt (9) 4.1 Tiện tinh mặt (9) 4.2 Tiện tinh mặt (1) Vát mép Nguyên công Thiết bị Đồ gá TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 67 Phay thô nghiêng Phay tinh nghiêng Nguyên công Thiết bị Đồ gá Phay rãnh then (6) 4.2 Quy trình lắp ráp hệ thống RC SERVO Bước 1: Lắp ráp bánh răng, ổ lăn trục lại với thành cụm chi tiết hoàn chỉnh a a TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 68 - Bước 2: Hàn gối đỡ ỗ lăn chốt đỡ vào thép Hình 4.4 Các đỡ hộp giảm tốc - Bước 3: Kết hợp đỡ, chốt đỡ với cụm chi tiết bước thành hộp giảm tốc cấp Hình 4.5 Hộp gảm tốc cấp hệ rc servo TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 69 - Bước 4: Ráp mạch điều khiển vào động chiết áp trục đầu hộp giảm tốc để thành khối thống (hệ thống rc servo) Hình 4.6 Cụm mạch điều khiển động vị trí góc Hình 4.7 Mơ hình hệ thống rc servo hoàn chỉnh TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 70 - Bước 5: Setup trục với chiết áp góc 00, kiểm tra chạy thử Hình 4.8 Xét góc 00 kiểm nghiệm TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 71 4.3 Kiểm nghiệm hệ thống RC SERVO 4.3.1 Kiểm nghiệm tải Yêu cầu đề bài: Hệ thống phải nâng tải trọng theo thiết kế với trục đầu lắp cánh tay đòn L=100mm, nâng tải 20kg quay góc định sẵn Chia thành mức tải sau kiểm nghiệm loại tải - Mức tải 1: 10kg a Hình 4.9 Kiểm nghiệm với mức tải 10kg a Tải 10kg; b Nâng tải góc 00; c Nâng tải góc 900 - Mức tải 2: 14kg Hình 4.10 Kiểm nghiệm với mức tải 14kg TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 72 - Mức tải 3: 16kg Hình 4.11 Kiểm nghiệm với mức tải 16kg - Mức tải 4: 18kg Hình 4.12 Kiểm nghiệm với mức tải 18kg - Mức tải 5: 20kg Hình 4.13 Kiểm nghiệm với mức tải 20kg TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 4.3.2 Kiểm nghiệm góc quay Tải trọng Không tải 10kg 20kg Kết luận chương Trong chương phân tích đặc điểm chi tiết cần chế tạo Đã chọn, lập quy trình cơng nghệ thiết kế nguyên công hợp lý để chế tạo chi tiết trục hộp giảm tốc Sản phẩm sau chế tạo đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra, lắp ráp kiểm nghiệm thành công tải trọng số vị trí góc theo u cầu hệ hống rc servo TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 74 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình với việc vận dụng kiến thức học tập trường, vận hành thao tác máy công cụ xưởng khí trường để gia cơng chi tiết mơ hình đến khóa luận tốt nghiệp hoàn thành thời hạn với kết đạt sau: - Nắm tổng quan hệ thống rc servo Thiết kế tính tốn hộp giảm tốc cấp hệ thống rc servo, đưa phương án chế tạo chi tiết - Phân tích đặc tính mơ hình hóa đối tượng hệ thống điều khiển Thiết kế mạch điều khiển cho hệ rc servo Hoàn thành việc lập quy trình cơng nghệ cho chi tiết trục hộp giảm tốc, gia công, lắp ráp kiểm nghiệm thành công tải trọng số góc quay đặt Trong q trình nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình cịn gặp số hạn chế, khó khăn nhược điểm sau: Do thời gian kinh nghiệm hạn hẹp, trình tính tốn gia cơng khơng thể tránh khỏi sai sót, kinh phí có hạn nên mơ hình làm cịn nhiều khuyết điểm Kiểm nghiệm mơ hình đạt u cầu tải trọng góc quay Tuy nhiên kiểm nghiệm góc quay có tải trọng số góc chưa đạt yêu cầu 5.2 Kiến nghị Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế mạo mơ hình hộp giảm tốc cải tiến hệ thống điều khiển để nâng cấp công suất hệ radio control servo” tin đề tài hỗ trợ cho việc giảng dạy giáo viên qua môn chế tạo máy, thiết kế máy, điện – điện tử, điều khiển tự động, cảm biến ứng dụng… Do thời gian có hạn nên chưa khắc phục hạn chế mơ hình, nên đề nghị với khóa sau có sinh viên theo đề tài tương tự bổ sung hoàn thiện thêm, để khắc phục hạn chế Hạn chế kiểm nghiệm góc quay có tải cần phải có thời gian thực nghiệm nhiều lần để đưa biểu đồ quan hệ góc xung, từ thiết lập đồ thị phụ thuộc tải xung phù hợp cho hệ thống TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]_Nguyễn Ngọc Đào, Chế độ cắt gia cơng khí, NXB Đà Nẵng, 2002 [2]_Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay CNCTM tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [3]_Nguyễn Đắc Lộc, Sổ tay CNCTM tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2007 [4]_Trịnh Chất, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, NXB Giáo Dục, 2006 [5]_Trịnh Chất, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 2, NXB Giáo Dục, 2006 [6]_А.А Усольцев, Усольцев А.А Электрический привод/Учебное пособие СПб: НИУ ИТМО, 2012 [7]_Коновалов Б.И., Лебедев Ю.М Теория автоматического управления: Учебное методическое пособие — Томск: Факультет дистанционного обучения ТУСУР, 2010 [8]_ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ, УПРАВЛЕНИЯ - Комиссаров Ю.А МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ [9]_Catalog Magneto Bearings_NSK [10]_Datasheet AA51800 Servo Motor Controller, Agamem Microelectronics Inc, 2011/05/12 Ver 2.2 [11]_https://studme.org/resume/295426/tehnika/osnovy_elektrotehniki_mikroele ktroniki_i_upravleniya_ TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com И ... Nhớ Nghành: 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... tiêu nghiên cứu Thiết kế hệ RC công suất lớn cần phải đạt mục tiêu sau: - Nâng cao công suất hệ thống nâng cấp công suất hệ truyền động - Nâng cao công suất hệ thống nâng cấp công suất hệ thống điều. .. 2: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG CHO HỆ THỐNG RC SERVO VÀ PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO Thiết kế hộp giảm tốc cấp cho hệ thống RC SERVO Hình 2.1 Sơ đồ hộp giảm tốc Hình 2.2 Sơ đồ tải trọng Hệ thống