Xét điều kiện ở nước ta, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụngngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, giacông, chế biến sản phẩm… Điều nà
Phân tích hệ thống
- Chế độ cấp phôi: tự động
- Nguồn lực cấp phôi và đẩy phôi: Khí nén
- Nguồn lực quay băng tải: Động cơ điện
- Vật liệu phôi: Gang trắng ( khối lượng riêng là d= 7,5 g cm 3 )
- Năng suất làm việc: N = 25 sp/ph và phạm vi điều chỉnh năng suất (N [%]): ±50
- Thông số hình học của phôi trên băng tải:
Hình trụ: h1`mm, h2= 65mm, h3= 70mm d1`mm, d2= 60mm, d3= 60mm
Từ yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế, hệ thống cần thiết kế là hệ thống phân loại tự động và cấp phôi tự động.
Đối tượng phân loại
- Thông số hình học của phôi trên băng tải:
Hình trụ: h1`mm, h2= 65mm, h3= 70mm d1`mm, d2= 60mm, d3= 60mm
+ Vật liệu: Gang trắng có khối lượng riêng là D = 7,5 g cm 3
Trọng lượng phôi: Qmin = 1,27 (kg); Qmax = 1,48 ( kg)
=> Đối tượng cần phân loại có các đặc điểm là: Vật liệu giống nhau, chiều cao khác nhau, khối lượng khác nhau Do đó, có thể nhận dạng đối tượng theo chiều cao hoặc khối lượng.
Năng suất của hệ thống
- Năng suất làm việc: N = 25 sp/ph, phạm vi điều chỉnh năng suất (N [%]): ±50.
Từ hệ thống cấp phôi đến hệ thống đo cần tốc độ băng tải ổn định để có thể đo được sản phẩm, từ hệ thống đo đến hệ thống xylanh có thể tăng tốc độ băng tải lên để vật đi nhanh hơn.
Năng suất có thể thay đổi được trong một phạm vi nhất định và muốn thay đổi năng suất thì cần thay đổi vận tốc băng tải.
Khảo sát hệ thống phân loại sản phẩm tương đồng
Thông số Vertical Crossbelt ASM SORTER
Hình ảnh sPhạm vi làm việc
- Kích thước sản phẩm lớn nhất: 600mm x
- Kích thước sản phẩm nhỏ nhất: 100mm x 100mm x 5mm
- Trọng lượng tối đa: 50kg
- Kích thước sản phẩm lớn nhất: 200mm x 200mm x 400 mm
- Kích thước sản phẩm nhỏ nhất: 10mm x 10mm x 5mm
Cơ cấu vận chuyển đến vùng nhận dạng
Cơ cấu nhận - Cảm biến quang - Cảm biến quang. dạng - Camera công nghiệp đi kèm phần mềm xử lí ảnh chuyên dùng.
- Xylanh khí nén tác động đơn: Xylanh khí nén tác động đơn chỉ có một hành trình, có thể là nâng hoặc hạ.
- Xylanh khí nén tác động kép: Xylanh khí nén tác động kép có hai hành trình, nâng và hạ
- Cánh tay Robot : Khi sản phẩm đi qua hệ thống đo thì các cánh tay Robot sẽ gạt cánh tay để chặn sản phẩm và đưa sản phẩm vào ô chứa. Điều chỉnh năng suất
- Điều chỉnh năng suất bằng cách thay đổi tốc độ của băng tải Khi tốc độ của băng tải tăng lên, số lượng sản phẩm được vận chuyển trên mỗi giờ cũng sẽ tăng lên
Ngược lại, khi tốc độ của băng tải giảm xuống, số lượng sản phẩm được vận chuyển trên mỗi giờ cũng sẽ giảm xuống.
- Hệ thống có thể điều chỉnh năng suất bằng cách thay đổi tốc độ của băng tải chính, tốc độ của các cánh tay phân loại, hoặc số lượng cánh tay phân loại được sử dụng:
+ Tốc độ của băng tải chính là tốc độ mà các sản phẩm di chuyển trên băng tải Tăng tốc độ của băng tải sẽ làm tăng số lượng sản phẩm được phân loại trong một giờ.
+ Tốc độ của các cánh tay phân loại là tốc độ mà các cánh tay phân loại di chuyển Tăng tốc độ của các cánh tay phân loại sẽ làm tăng số lượng sản phẩm được phân loại trong một giờ
+ Số lượng cánh tay phân loại được sử dụng cũng có thể được điều chỉnh để thay đổi năng suất Thêm cánh tay phân loại sẽ làm tăng số lượng sản phẩm được phân loại trong một giờ Điện áp 220VAC 220VAC
Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm
Sơ đồ động học và bố trí cảm biến của hệ thống
Hình 1.1: Sơ đồ động và bố trí cảm biến
2 Cảm biến phát hiện phôi
A1: Cảm biến từ tiệm cận ở đầu hành trình của xylanh A
A2: Cảm biến từ tiệm cận ở cuối hành trình của xylanh A
B1: Công tắc hành trình ở đầu hành trình của xylanh B
B2: Công tắc hành trình ở cuối hành trình của xylanh B
C1: Công tắc hành trình ở đầu hành trình của xylanh C
C2: Công tắc hành trình ở cuối hành trình của xylanh C
Sơ đồ Grafcet
Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Ban đầu hệ thống chưa hoạt động Khi bấm nút START, hệ thống sẽ được khởi động và băng tải sẽ chạy Phôi sẽ được đưa vào ống cấp phôi rồi đi ra Cảm biến quang được đặt ngay dưới ống cấp phôi Khi phôi rớt xuống từ ống cấp phôi thì sẽ cấp tín hiệu cho xylanh A thông qua cảm biến quang, cảm biến A1 trên xylanh sẽ nhận tín hiệu và xylanh A sẽ đẩy phôi vào băng tải và sau khi đẩy phôi xong, xylanh A sẽ thu về nhờ vào cảm biến A2 Sau khi phôi được đưa vào băng tải thì sẽ đi qua một cảm biến siêu âm để đo chiều cao và sau khi đo được chiều cao thì sẽ gửi tín hiệu về bộ xử lý trung tâm và đồng thời gửi tín hiệu về cho cảm biến A1 trên thân xylanh A để xylanh A tiếp tục đẩy phôi vào băng tải Nếu là phôi cao thì cảm biến B1 nhận tín hiệu và xylanh B sẽ gạt chắn phôi lại, phôi sẽ rơi vào khay đựng thứ 1 và cảm biến quang trên khay sẽ đếm số phôi cao, xylanh B sẽ thu về ngay sau đó nhờ vào cảm biến B2 trên thân xylanh B Nếu là phôi trung bình thì cảm biến C1 nhận tín hiệu và xylanh C sẽ gạt chắn phôi lại, phôi sẽ rơi vào khay đựng thứ 2 và cảm biến quang trên khay sẽ đếm số phôi trung bình, xylanh C sẽ thu về ngay sau đó nhờ vào cảm biến C2 trên thân xylanh C Nếu là phôi thấp thì sẽ được băng tải cho chạy đến cuối hành trình và vào khay đựng thứ 3 và cảm biến quang trên khay sẽ đếm số phôi thấp Chu trình cứ tiếp tục cho đến khi phân loại xong sản phẩm Nút STOP dùng để dừng khẩn cấp hoặc sẽ dừng khi đã phân loại sản phẩm xong.
Sơ đồ khí nén
Hình 1.3: Sơ đồ khí nén
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG
Hệ thống băng tải
+ Thông số hình học của phôi trên băng tải:
Hình trụ: h1`mm, h2= 65mm, h3= 70mm d1`mm, d2= 60mm, d3= 60mm
+ Vật liệu: Gang trắng có khối lượng riêng là 7,5 g cm 3
Trọng lượng phôi: Qmin = 1,27 (kg); Qmax = 1,48 ( kg)
+ Năng suất làm việc: N = 25 sp/ph
+ Nguồn lực dẫn động băng tải: Động cơ điện
2.1.1 Tính các thông số hình, động học băng tải
Hình 2.1: Kích thước, khoảng cách giữa các phôi
Kích thước phôi: Hphôi max = 70mm và Dphôi = 60mm
+ Chiều cao Hống phôi = 210mm (chứa tối đa 3 phôi)
+ Chiều dài và chiều rộng là 100mm x 100mm
+ Đường kính ống: Dống = 80mm
Tính chiều dài băng tải L
+ L1: là khoảng cách tối thiểu từ đầu băng tải đến hệ thống đo (vị trí cảm biến siêu âm) Mỗi lần phôi trước được đo bằng cảm biến siêu âm, phôi sau được đẩy vào băng tải => L1 cũng chính là khoảng cách giữa 2 phôi liên tiếp.
Sau khi phôi đi qua cảm biến siêu âm, nếu phôi thuộc khay 1 hoặc 2 thì tay gạt sẽ được đóng lại Như vậy có thể xảy ra trường hợp phôi trước thuộc khay 3 được di chuyển, đồng thời phôi sau thuộc khay 1 hoặc 2 đi qua cảm biến và làm cho tay gạt đóng lại khiến cho phôi thuộc khay 3 không đi vào đúng vị trí => Để tránh trường hợp trên xảy ra cần phải lựa cho L1 sao cho khoảng thời gian đi từ đầu băng tải tới cảm biến phải lớn hơn khoảng thời gian đi từ cảm biến đến khay 3.
+ L2: là khoảng cách tối thiểu từ cảm biến siêu âm đến khay đựng thứ nhất.
Từ lúc nhận dạng được bằng cảm biến cho đến lúc đóng xylanh xoay tương ứng với khay chứa thứ nhất => thời gian di chuyển từ phôi đến khay đựng thứ nhất phải lớn hơn thời gian xylanh xoay đã ở vị trí chặn phôi.
Theo catalog xylanh xoay của hãng MSQ, thời gian xylanh xoay từ 0,2 đến 2(s) để quay được 90 ° => Hệ thống thiết kế là xylanh xoay một góc 70 ° => thời gian đáp ứng là từ 0,156 đến 1,56(s)
Khi băng tải có vận tốc lớn nhất thì v L 2 max
+ L3: độ rộng của khay đựng phôi. Độ rộng khay đựng cần lớn hơn Dphôi = 60mm => chọn L3 = 150mm.
+ L4: Khoảng cách giữa khay đựng thứ nhất và khay đựng thứ hai.
+L5: khoảng cách giữa khay đựng thứ hai đến khay đựng thứ ba.
Từ những lựa chọn ở trên, ta có:
+ n: là số lượng phôi lớn nhất có thể có trên băng tải tại một thời điểm (1 < n < D L ) + L1: là khoảng cách giữa 2 phôi liên tiếp.
Chọn L1 = 750mm => L > 60.n + 750 (n-1) Ta có bảng số liệu mối liên hệ giữa n và L.
4 2490 Để có thể tiết kiệm chi phí vật liệu và L ≥ 1300 => chọn n = 3 và L = 1700mm
+ v là vận tốc băng tải
+ t là thời gian phôi đi hết chiều dài băng
+ n là số sản phẩm trên băng tải tại một thời điểm, n = 3
+ N là năng suất cần đạt, N = 25 sp/ph
+ Thời gian để phôi đi từ cảm biến đến khay đựng thứ nhất là: t = v L 2 max > 0,156(s) => L2 > 0,156.358,65 = 55,95 mm
chọn L2 = 100mm, có L1 > L2 + 600 > 700 => L1 = 750mm (thỏa mãn) + L > L1 + L2 + 600 > 1350mm => L = 1700mm (thỏa mãn)
Tính bề rộng băng tải W Để phù hợp với đường kính sản phẩm cũng như dễ dàng thiết kế:
- Tra đồ thị catalog xylanh:
Hình 2.2: Đồ thị catalog – xylanh
- Xylanh có hành trình 200mm = 20cm => chọn v0 = 0,5 m/s= 50 cm/s
Tính vận tốc băng tải: Băng tải phải có vận tốc vmax sao cho khi đẩy phôi từ vận tốc v0 vào băng tải có vận tốc v thì vật không đổ Vmax sẽ ứng với phôi có khối lượng nhỏ nhất và chiều cao lớn nhất => chọn phôi có Hmax = 70mm và Qmax = 1,48 (kg) để tính Vmax
Hình 2.3: Phân tích các lực tác dụng lên phôi
- Khi đưa vật vào băng tải, vận tốc sẽ thay đổi đột ngột từ v0 đến v trong một khoảng thời gian. tp = v S
+ S là hành trình của xylanh và S = 20 cm
+ tp là thời gian phôi di chuyển vào băng tải
+ v0 là vận tốc xylanhvà v0 = 50 cm/s
- Xét tại điểm A, để vật không bị đổ, momen lực do lực quán tính Fqt phải nhỏ hơn momen lực do trọng lực P gây ra
Chọn băng tải phù hợp:
Hình 2.4: Thông số băng tải
- Kết cấu khung sườn: Nhôm định hình, vì:
+ Các thanh nhôm định hình đều được thiết kế với kiểu dáng đặc thù để khi lắp ghép lại sẽ tạo thành một bộ khung sườn vững chắc.
+ Khả năng cách nhiệt tốt, chịu được môi trường khắc nghiệt. + Chắc, bền giúp cho khung sườn của băng tải kiên cố và chịu được trọng tải lớn.
+ Nhôm định hình có trọng lượng riêng nhẹ hơn so với hầu hết các kim loại khác Nên dễ vận chuyển và lắp ghép nhanh chóng.
+ Chi phí sử dụng thấp.
- Dây băng tải: PVC, vì:
+ Là loại băng tải có tính chống xước và bong tróc, chịu được mài mòn tốt giúp tăng độ bền và tuổi thọ.
+ Có tính đàn hồi cao không bị giãn khi sử dụng, bề mặt chống được nước và chịu được nhiệt độ tốt.
+ Có khả năng chống hơi nước, axit, dầu, ánh sáng, các loại khí…
=> Theo yêu cầu kỹ thuật, sản phẩm là những khối trụ có trọng lượng từ 1,27 – 1,48 kg nên lựa chọn phương án sử dụng băng tải dây đai PVC và khung sườn nhôm định hình
Phân tích lực tác dụng trên băng tải (như hình 2.5):
+ Lực căng (Si ) của băng
+ Lực cản ( W i−1 /i ¿chuyển động giữa dây băng và bề mặt tấm đỡ, con lăn… do khối lượng phôi và dây băng
Hình 2.5: Sơ đồ lực hệ thống băng tải
Trong hệ thống băng tải, dây băng được uốn vòng qua các con lăn puly dẫn động và bị động; phần giữa 2 con lăn puly này, băng được dẫn hướng và đỡ bởi các các con lăn và tấm trượt tùy thuộc vào kết cấu và loại dây Lực cản chuyển động của băng sẽ khác nhau tại mỗi đoạn đặc trưng, trên mỗi đoạn này có cùng tính chất lực cản Lực căng dây tại mỗi điểm đặc trưng (i) sẽ bằng lực căng tại điểm ngay trước nó (i-1) cộng với lực cản chuyển động của dây trên đoạn từ (i- 1) đến i.
Trên sơ đồ lực như hình trên (hình 3.5), ta có lực căng băng tại các điểm đặc trưng S i (i=0 - 3), với S 0 là lực căng tại nhánh nhả ở tang dẫn
- Các lực cản chuyển động của băng:
W0/1: Lực cản trên đoạn nằm ngang từ điểm 0 đến điểm 1
- Lực cản này được sinh ra do lực cản của không khí.
+ ω là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây, hệ thống đỡ dây làm bằng thép, được xác định bằng thức nghiệm
+ N là lực tác dụng lên bề mặt ma sát và trong trường hợp trên, lực tác dụng lên bề mặt ma sát là trọng lượng của băng tải
+ q0 là trọng lượng của băng tải trên 1 mét (N/m)
+ L là chiều dài băng tải (m), L = 1,7 (m)
Chọn ω = 0,4, khối lượng của băng tải theo bề mặt (với độ dày là 0,003m) là 3,1 (kg/m 2 )
+ W là chiều rộng băng tải (m)
+ g là gia tốc trọng trường (m/s 2 )
W1/2: Lực cản trên đoạn uốn cong qua tang bị động từ điểm 1 đến điểm 2
- Lực cản này được sinh ra do ma sát giữa dây băng và tang bị động, đồng thời do lực uốn cong của dây băng khi đi qua tang Lực cản này phụ thuộc vào các yếu tố sau:
+ Hệ số cản giữa dây băng và tang bị động
+ Góc uốn cong của dây băng
+ Chiều dài đoạn uốn cong
+ ξ là hệ số cản trên tang bị động, thường có giá trị trong khoảng 0,03 đến 0,06
+ S1 là lực căng dây băng tại điểm 1 và S1 = S0 + W0/1
W2/3: Lực cản trên đoạn nằm ngang có tải từ điểm 2 đến điểm 3
- Lực cản này được sinh ra do lực cản của không khí và lực ma sát giữa băng tải và tải trọng (ma sát giữa băng tải và các phôi)
+ q0 là trọng lượng của băng tải trên 1 mét (N/m)
+ L là chiều dài băng tải, L = 1,1 (m)
+ Qt là tổng trọng lượng tải (tổng trọng lượng phôi) đặt trên băng tải
+ ω là hệ số cản riêng của hệ thống đỡ dây, hệ thống đỡ dây làm bằng thép, được xác định bằng thực nghiệm
Chọn: ω = 0,4 và chọn Qt là tổng trọng lượng của các phôi có khối lượng lớn nhất
- Lực kéo của băng tải là lực tác dụng lên băng tải để làm cho nó di chuyển Lực này được tạo ra bởi các bánh xe dẫn động của băng tải và lực được truyền từ tang dẫn sang băng qua các bánh xe dẫn động.
Để xác định lực kéo F, ta cần xác định được giá trị của S0 Lực S0 được xác định từ điều kiện đủ lực ma sát để truyền lực ở tang dẫn động:
+ α: góc ôm của băng trên tang; Chọn α = π
+ fα : hệ số ma sát giữa băng tải với tang = 0,2 - 0,4; Chọn fα = 0,3
Dựa vào trọng lượng của số phôi có khối lượng max trên băng tải tại 1 thời điểm là 43,56 (N) và trọng lượng của băng tải là 4,562 (N)
2.1.3 Tính toán động cơ Để chọn được động cơ thì cần phải biết được hai thông tin:
Công suất cần thiết trên trục động cơ Pđc
Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ nđc
Hình 2.6: Hệ dẫn động băng tải a, Tính toán công suất cần thiết trên trục động cơ
Công suất cần thiết trên trục động cơ điện Pđc được xác định theo công thức:
+ Pđc là công suất cần thiết trên trục động cơ (W)
+ Plv là công suất làm việc trên trục tang chủ động
+ η là hiệu suất truyền đông của cả bộ truyền
+ Flà lực kéo của băng tải (N)
Bộ truyền xích (Bộ truyền ngoài) Động cơ
Hộp giảm tốc (Bộ truyền trong)
+ v là vận tốc của băng tải (m/s) – Lấy vmax = 358,65 (mm/s) = 0,359 (m/s)
+ η ol là hiệu suất mỗi cặp ổ lăn
Có 4 cặp ổ lăn là 1 cặp ở trục chủ động, 1 cặp ở trục bị động và 2 cặp ở trong hộp giảm tốc
+ η br là hiệu suất bộ truyền bánh răng trụ
Vì băng tải có tốc độ vận chuyển cao và tải trọng nhỏ (trên băng tải có 5 sản phẩm tại một thời điểm) => có thể sử dụng hộp giảm tốc 1 cấp
+ η x là hiệu suất bộ truyền xích
Bảng 2.1: Chỉ số hiệu suất của các loại bộ truyền và ổ
Từ bảng 2.1, chọn được các thông số: η ol = 0,99, η br = 0,97, η x = 0,96
Pđc = P lv η = 10,39 0,87 = 11,94 (W) b, Số vòng quay sơ bộ trên trục động cơ
Số vòng quay sơ bộ nđc trên trục động cơ được tính từ số vòng quay trên trục làm việc nlv của băng tải Số vòng quay sơ bộ được xác định bởi công thức: nđc = nlv.ut (2.12)
+ nđc là số vòng quay sơ bộ của động cơ (vòng/phút)
+ nlv là số vòng quay trên trục làm việc (vòng/phút) ut là tỷ số truyền chung của bộ truyền nlv = 60 π D v (2.13)
+ v là vận tốc của băng tải (m/s), vmax 58,65 (mm/s) = 0,359 (m/s)
+ D là đường kính trục tang quay (m) Vì phôi có khối lượng max là 1,48 kg
=> chọn đường kính trục tang là D = 60mm hay D = 0,06 (m)
nlv = 60000 π D v = 60.0,359 π 0,06 = 114,27 (vòng/phút) ut = ux.ubr (2.14)
+ ux là tỷ số truyền của xích
+ ubr là tỷ số truyền của bánh răng
Bảng 2.2: Tỷ số truyền nên dùng cho các bộ trong hệ
Từ bảng 2.2, ta chọn ux = 3, ubr = 4 (vì hộp giảm tốc có 1 cấp)
nđc = nlv.ut = 114,27.12 = 1371,24 (vòng/phút)
Từ hai thông tin là Pđc = 11,94 (W) và nđc = 1371,24 (vòng/phút) => Cshọn động cơ là động cơ 6DCG24-15-30 kèm hộp giảm tốc 9XD10GZ
Hình 2.7: Động cơ 6DCG24-15-30 Hình 2.8: Hộp giảm tốc 9XD10GZ
- Thông số kỹ thuật của động cơ 6DCG24-15-30:
+ Loại động cơ: Động cơ hộp số DC
+ Tốc độ quay: 30 - 3000 vòng/phút
+ Kích thước mặt bích: 60mm
- Thông số kỹ thuật của hộp giảm tốc 9XD10GZ:
+ Kích thước: 120mm x 100mm x 80mm
Tính toán bộ truyền ngoài
Để đơn giản, hộp giảm tốc thường tích hợp cùng động cơ => bộ truyền ngoài dùng bộ truyền xích Vì truyền động xích thuộc loại truyền động bằng ăn khớp gián tiếp, được dùng để truyền động giữa các trục xa nhau Có thể dùng truyền động xích để giảm tốc hoặc tăng tốc So với truyền động đai, khả năng tải và hiệu suất của truyền động xích cao hơn, cùng một lúc có thể truyền chuyển động và công suất cho nhiều trục
Nên dùng bộ truyền ngoài là bộ truyền xích.
Vì động cơ 6DCG24-15-30 có dải tốc độ quay là từ 30 đến 3000 vòng/phút => chọn tốc độ quay là nđc = 1600 vòng/phút
Số vòng quay trên trục làm việc là nlv = 114,27 vòng/phút
Các thông số đầu vào dùng để tính toán bộ truyền xích:
+ Công suất trên đĩa chủ động: P1 = Pđc = 11,94 (W)
+ Số vòng quay đĩa xích chủ động (đĩa nhỏ): n1 = u n đc hgt = 1600 10 = 160 (vòng/phút)
+ Tỷ số truyền của bộ truyền xích: ux = n n 1 lv = 114,27 160 = 1,4
+ Góc nghiêng của bộ truyền xích (đường tâm của 2 đĩa xích so với phương nằm ngang): β = 30 °
2.2.1 Tính toán chọn bộ truyền xích
Vì tải trọng nhỏ, vận tốc thấp => dùng xích con lăn
Số răng bánh chủ động (đĩa nhỏ):
Theo bảng 3.3 và số răng Z1 là số lẻ => Z1 = 27
Số răng bánh bị đông (đĩa lớn):
Tỷ số truyền thực tế: ut = Z Z 2
Sai lệch tỷ số truyền:
∆ u= | u t −u u x x | * 100% = | 1,44−1,4 1,4 | * 100% = 2,86% < 4% (thỏa mãn) Để đảm bảo chỉ tiêu về độ bền mỏi của bộ truyền xích, công suất tính toán phải thỏa mãn điều kiện:
+ Pt là công suất tính toán (W)
+ P1 là công suất trên đĩa chủ động (W), P1 = 11,94 W
+ [P] là công suất cho phép (W)
+ kz là hệ số dạng răng
+ kn là hệ số vòng quay
Chọn bộ truyền thí nghiệm là bộ truyền xích tiêu chuẩn, có số răng và vận tốc vòng đĩa xích nhỏ là: 𝑧01 = 25 và 𝑛01 = 50 (vòng/phút)
kz được xác định theo công thức: kz = z z 01
kn được xác định theo công thức: kn = n n 01
k được xác định theo công thức: k = k0 ka kđc kbt kđ kc (2.18) và các thông số k0, ka, kđc, kbt, kđ, kc trên được tra dưới bảng 2.4.
Bảng 2.4: Trị số của các hệ số
- k0 – hệ số ảnh hưởng của vị trí bộ truyền β = 30 ° => k0 = 1
- ka – hệ số ảnh hưởng của khoảng cách trục và chiều dài xích
- kđc – hệ số ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích Vì có con lăn căng xích => kđc = 1,1
- kbt – hệ số ảnh hưởng của bôi trơn
Chọn điều kiện không bụi => kbt = 0,8
- kđ – hệ số tải trọng động
Tải trọng va đập => kđ = 1,2
- kc – hệ số chế độ làm việc của bộ truyền
Chọn số ca làm việc là 2 ca => kc = 1,25
Bảng 2.5: Công suất cho phép [P]
Tra bảng 2.5 với điều kiện Pt = 0,00484 (kW) ≤ [P] = 0,19 (kW), tra theo cột n 01 50 vòng/phút Ta chọn được bộ truyền xích:
Đường kính chốt: dc = 3,66mm
Công suất cho phép: [P] = 0,19 kW = 190W
Tiếp theo xác định kích thước hình học của bộ truyền xích Khoảng cách trục a bị giới hạn bởi khe hở nhỏ nhất cho phép giữa hai đĩa xích. amin = 0,5 (𝑑a1 + 𝑑a2) + (30 ~ 50) 𝑚𝑚 Tránh lực căng quá lớn lên dây xích, khoảng cách trục không nên quá lớn a ≤ a𝑚𝑎𝑥 = 80.p
Từ khoảng cách trục a, có thể xác định số mắt xích x của bộ truyền: x = 2 p a + z 1 + z 2
4 π 2 a (2.19) x lấy nguyên và nên lấy số chẵn
Chọn khoảng cách trục sơ bộ : a = 40.p = 40.12,7 = 508 𝑚𝑚
Chọn số mắt xích chẵn là x = 114
- Tính lại khoảng cách trục a: a* = p 4 ¿
- Để xích không quá căng thì cần giảm a một lượng: Δa = 0,003 a = 0,003 a* = 0,003 513,78 = 1,54 (mm)
Sau khi xác định được số mắt xích, cần tiến hành kiểm nghiệm số lần va đập i của bản lề xích trong một giây: i = z 1 n 1
[i] là số lần va đập cho phép trong 1s, tra bảng 3.6.
Bảng 2.6: Số lần va đập cho phép [i] của các loại xích
Số lần va đập của xích i: Tra bảng với loại xích con lăn, bước xích p = 12,7mm
Số lần va đập cho phép của xích là: [i]`
2.2.2 Kiểm nghiệm xích về độ bền s = k Q đ F t + F 0 + F v ≥[ s ] (2.21)
Q 200 (N) và khối lượng 1 mét xích: q = 0,65kg
Bảng 2.7: Các thông số của xích con lăn
+ kđ: Hệ số tải trọng động cho chế độ làm việc trung bình kđ = 1,2
+ F0: Lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra
+ kfα là hệ số phụ thuộc độ võng của xích: do β ≤ 40 ° => kfα =4
+ Fv: Lực căng do lực ly tâm sinh ra
+ [s] - Hệ số an toàn cho phép: Tra bảng 3.8 với p = 12,7(mm), n1 = 160 vòng/phút => [s]=7,8
Bảng 2.8: Trị số của hệ số an toàn
2.2.3 Xác định các thông số đĩa xích
Đường kính vòng chia: d1 p sin ( π z 1 )
Đường kính đỉnh răng: da1 = p [ 0,5+ cotg( z π 1 ) ] = 12,7 [ 0,5+ cotg( 27 π ) ] = 115,01 (mm) (2.24) da2 = p [ 0,5+ cotg( z π 2 ) ] = 12,7 [ 0,5 +cotg( 39 π ) ] = 163,67 (mm)
Đường kính chân răng: dfα 1 = d1 – 2.r = 109,4 – 2.4,33 = 100,74 mm (2.25) dfα 2 = d2 – 2.r = 157,83 – 2.4,33 = 149,17 mm
Với r = 0,5025 d l + 0,05, d l là đường kính con lăn
Tra bảng 2.7, ta có d l = 8,51 mm ⇒ r = 4,33 mm
2.2.4 Kiểm nghiệm răng đĩa xích về độ bền tiếp xúc σ H = 0,47 √ k r ( F t k đ + F v đ ) A k E d ≤ [ σ H ] (2.26)
+ kr : Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích
Bảng 2.9 : Hệ số ảnh hưởng của số răng đĩa xích
+ kđ : Hệ số tải trọng động, kđ = 1,2
+ Fvđ : Lực va đập trên 1 dãy xích
E1, E2 lần lượt là modul đàn hồi của vật liệu con lăn và răng đĩa Vì cả 2 đĩa xích và con lăn đều làm bằng thép) => E1 = E2 = 2,1.10 5 (MPa)
+ A : Diện tích chiếu của bản lề Tra bảng 3.10 với p = 12,7mm => A 39,6 mm 2
Bảng 2.10: Diện tích chiều mặt tựa bản lề A của xích con lăn
+ kd : Hệ số phân bố tải không đều giữa các dãy Vì 1 dãy xích => kd = 1+ [ σ H ] : Ứng suất tiếp cho phép
Bảng 2.11 : Thông số của một số loại vật liệu
Tra bảng 3.10, chọn vật liệu làm đĩa xích là thép C45 :
Đĩa bị động có số răng lớn (z > 30)
Vận tốc đĩa xích nhỏ (v < 3 m/s)
- Xác định lực tác dụng lên trục
+ Fr : Lực tác dụng lên trục + kx : hệ số kể đến trọng lượng của xích, kx = 1,15 vì β ≤ 40 ° + Ft : Lực vòng, Ft = 13,12
Tổng hợp thông số của bộ truyền xích
Thông số Ký hiệu Giá trị
Loại xích Xích con lăn
Số răng đĩa xích nhỏ z1 27
Số răng đĩa xích lớn z2 39
Vật liệu đĩa xích Thép C45 Đường kính vòng chia đĩa xích nhỏ d1 109,4 (mm) Đường kính vòng chia đĩa xích lớn d2 157,83 (mm) Đường kính đỉnh răng đĩa xích nhỏ da1 115,01 (mm) Đường kính đỉnh răng đĩa xích lớn da2 163,67 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích nhỏ dfα 1 100,74 (mm) Đường kính chân răng đĩa xích lớn dfα 2 149,17 (mm)
Lực tác dụng lên trục Fr 15,1 (N)
Tính trục tang chủ động, bị động
+ Chọn vật liệu làm trục là thép C45 có σb = 600 MPa, ứng suất xoắn cho phép [τ]÷30 MPa
+ Độ cứng HRC ( chưa qua xử lí nhiệt ): 23
- Đường kính trục: dsb ≥ √ 3 0,2.[ T τ ] = √ 3 869,17 0,2.15 = 6,62 (mm) (2.28)
- Chiều rộng ổ lăn trên trục:
Bảng 2.12: Chiều rộng ổ lăn trên trục
Với dsb = 20 mm, tra bảng 2.12 => b0 = 15 mm
- Chiều dài moay ơ đĩa xích:
2.3.2 Tính khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực
Hình 2.9: Khoảng cách giữa các gối đỡ và các điểm đặt lực
AB = 33 (mm), BC = 200 (mm), CD = 20 (mm), DE = 45 (mm)
2.3.3 Xác định các lực tác dụng lên gối đỡ và đường kính các đoạn trục
Hình 2.10: Sơ đồ đặt lực
+ Do ta chọn băng tải PVC dày 3mm nên theo quy định của nhà sản xuất, đường kính con lăn nhỏ nhất là 50 mm Ta chọn đường kính tang chủ động bằng 60 mm
+ Con lăn làm bằng thép => trọng lượng con lăn (lô dẫn) là:
+ Lực kéo căng băng tải F = 43,94 (N)
+ Lực tác dụng lên đĩa xích:
- Tính các đường kính các đoạn trục:
∑ M x ( A )=− P ( BC 2 + AB ) + F Dy ( AB+ BC+ CD) – F r xích ( AB+ BC+ CD + DE )=0
∑ M y ( A )= F ( BC 2 + AB ) − F Dx ( AB+ BC+ CD ) – F t xích ( AB +BC + CD+ DE)=0
Gọi đường kính các đoạn ổ lăn thứ nhất (đoạn AB), băng tải (đoạn BC), ổ lăn thứ hai (đoạn CD), trục lắp đĩa xích (đoạn DE) lần lượt là d0, d1, d2, d3
Momen tổng, momen uốn tương đương:
Mtđ3 = √ 0,75 868,33 2 = 752 (N.mm) Đường kính trục tại các tiết diện theo công thức: d = √ 3 0.1 M [ td σ ] (2.29)
Bảng 2.13: Trị số của ứng suất cho phép
Tra bảng 3.1 thì với ứng suất cho phép của thép C45 có σb = 600 MPa chế tạo trục thì [] = 63Mpa. d 1 = √ 3 0,1 M td [ σ 1 ] = √ 3 1451,85 0,1∗63 =6,13 (mm) d 2 = √ 3 0,1 M td [ σ 2 ] = √ 3 3226,33 0,1∗63 =8( mm) d 3 = √ 3 0,1 M td [ σ 3 ] = √ 3 0,1∗63 752 =4,92 ( mm)
Xuất phát từ các yêu cầu về độ bền, lắp ghép và công nghệ ta chọn đường kính các đoạn trục như sau:
d0 = d2 = 20 mm (Đoạn trục lắp với ổ lăn)
d1 = 60 mm (Đoạn trục lắp với băng tải)
d3 = 20 mm (Đoạn trục lắp với đĩa xích)
2.3.4 Kiểm tra trục theo độ bền mỏi s j = s σj s τj
+ [𝑠] - hệ số an toàn cho phép, thông thường [𝑠] = 1,5… 2,5 (khi cần tăng độ cứng [𝑠] = 2,5… 3, như vậy có thể không cần kiểm nghiệm về độ cứng của trục)
+ 𝑠𝜎𝑗 và 𝑠τ𝑗 - hệ số an toàn chỉ xét đến riêng ứng suất pháp và hệ số an toàn chỉ xét đến ứng suất tiếp tại tiết diện j: s σj = σ −1 k σdj σ aj + ψ σ σ mj s τj = τ −1 k τdj τ aj +ψ τ τ mj
Trong đó 𝜎−1 và τ −1 là giới hạn mỏi uốn và xoắn với chu kỳ đối xứng
Có thể lấy gần đúng:
𝜎−1= 0,436 σb = 0,436.600 = 261,6 Mpa τ−1 = 0,58 σ-1 = 0,58.261,6 = 151,73 Mpa + σ aj, τ aj, σ mj , τ mj là biên độ và trị số trung bình của ứng suất pháp và ứng suất tiếp tại tiết diện j, do quay trục một chiều:
Với W j , W 0 j là momen cản uốn và momen cản xoắn tại tiết diện j của trục.
- Ứng suất uốn thay đổi trên chu kì đối xứng: σ m =0 (trên tất cả các tiết diện) σ a 0 = M 0
- Ứng suất xoắn thay đổi theo chu kì mạch động: τ a0 =τ m0 = T 0
Bảng 2.14: Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi ψ σ , ψ τ là hệ số kể đến ảnh hưởng của các trị số ứng suất trung bình đến độ bền mỏi, Tra bảng 3.2 với b = 600Mpa ta có:
K σ dj , K τdj là hệ số xác định theo công thức sau:
Kx - hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt, phụ thuộc vào phương pháp gia công và độ nhẵn bề mặt cho trong bảng 3.3:
Bảng 2.15: Trị số của các hệ số kể đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bền mỏi
Với độ nhẵn Ra 2,5 0,63 m và b = 600 Mpa ta có Kx = 1,06.
Ky - hệ số tăng bền trục, phụ thuộc vào phương pháp tăng bền bề mặt, cơ tính vật liệu Ở đây ta không dùng các phương pháp tăng bền bề mặt => Ky = 1
εσ, ετ - hệ số kích thước kể đến ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi
Kσ,Kτ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn, trị số của chúng phụ thuộc vào các loại yếu tố gây tập trung ứng suất.
Do vị trí lắp ổ lăn nên bề mặt trục lắp có độ dôi ra Chọn kiểu lắp k6
Xét ảnh hưởng của độ dôi tại các tiết diện Tra bảng 3.4 với d0, d1, d2, d3 < 50mm nên có:
Bảng 2.16: Trị số của K σ /ε σ và K τ / ε τ đối với bề mặt trục lắp có độ dôi
Thay số vào các công thức nêu trên ta có bảng thông số:
Theo bảng ta thấy các tiết diện đều thỏa mãn độ bền mỏi.
Chọn và kiểm nghiệm ổ lăn
Do trục không chịu ảnh hưởng của lực dọc trục nên ta chọn loại ổ bi đỡ 1 dãy. Chọn sơ đồ kích thước ổ: Với kích thước trục như hình và đường kính ngõng trục d0 = 20 mm
Bảng 2.17: Ổ bi đỡ một dãy (theo GOST 8338-75)
Tra bảng 3.5, ta chọn được:
Khả năng tải động C = 5,14 kN.
Khả năng tải tĩnh Co = 3,12 kN.
2.4.2 Khả năng tải trọng động
Tải trọng động quy ước :
+ Fr – tải trọng hướng tâm :
+ Fa - tải trọng dọc trục : Fa = 0
+ kt - hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ: kt = 1 (T Tuổi thọ tính bằng vòng quay của ổ:
=> Khả năng tải động của ổ lăn
2.4.3 Khả năng chịu tải tĩnh
Tải trọng tĩnh quy ước
Q t = X 0 F r +Y 0 F a (2.35)Với X0, Y0 là hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục.
Bảng 2.19: Hệ số tải trọng hướng tâm X 0 và hệ số tải trọng dọc trục Y 0
Chọn và kiểm nghiệm then
- Then được lắp tại đĩa xích trên trục d3 = 15mm
Bảng 2.20: Các thông số của then
- Chiều sâu rãnh then trên trục t1 = 3 (mm)
- Chiều sâu rãnh then trên lỗ t2 = 2,3 (mm)
- Chiều dài then: l = (0,8÷0,9).Lm = 19,2 ÷ 21,6 (mm) (Lm = 24 mm)
2.5.2 Kiểm nghiệm then theo độ bền dập và độ bền cắt
3 l ( h− t 1) ≤ [ σ d ] (2.36) Với d là ứng suất dập cho phép
Bảng 2.21: Ứng suất dập cho phép [𝜎 d ] đối với mối ghép then
Tra bảng 3.9 với dạng lắp cố định, vật liệu may ơ là thép làm việc va đập nhẹ, ta có: [𝜎 d ] 0Mpa
Với [τc] là ứng suất cắt cho phép do làm việc va đập nhẹ gây => [τc] = (40÷60) MPa
Thông số Giá trị Ổ lăn Đường kính đoạn trục lắp ổ lăn 20 (mm) Đường kính đoạn trục lắp đĩa xích 20 (mm) Đường kính đoạn trục lắp băng tải 60 (mm) Ổ lăn Loại 1000904
Chiều sâu trên trục 3 (mm)
Chiều sâu trên lỗ 2,3 (mm)
Hệ thống pittông khí nén
Lựa chọn xylanh dùng trong hệ thống:
Do yêu cầu làm việc cần xylanh tác động nhanh, hành trình làm việc không lớn, cố định nên chọn xylanh tác dụng hai chiều sử dụng trong hệ thống Xylanh tác động hai chiều giúp hệ thống được điều khiển một cách hoàn toàn tự động và chính xác.
Xác định thông số kỹ thuật của xylanh: Hệ thống cấp phôi đẩy 1 phôi.
Khối lượng lớn nhất của phôi: 1,48 kg
Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: fα = 0,3
Ta tính áp lực cần Piston tạo ra theo công thức:
D – đường kính của xylanh ρ 1– áp suất làm việc Áp suất thường làm việc 4 – 6 bar, có một số hệ thống lớn hơn sẽ tầm 8 bar Áp suất khoang thoát khí tối thiểu 1,4 bar à – hệ số hiệu dụng của xylanh Đa số xylanh khí nén làm việc chịu tải trọng động.Khi đó do tổn hao về ma sát, do có tính đàn hồi của khí nén khi chịu tải thay đổi, do sức ì của Piston trước khi dịch chuyển, vỡ thế hệ số hiệu dụng giảm thường chọn à=0,8
Chọn bộ áp suất làm việc của hệ thống là: p 1= 6 bar = 6.10 5 (N/m 2 ) Để Piston di chuyển được thì:
F – lực do xylanh tác dụng lên sản phẩm F= p 1π D 2
Fms max– lực ma sát lớn nhất do sản phẩm gây ra
Xylanh cấp phôi đẩy 1 phôi
Đường kớnh D của xylanh: D ≥ √ 4 p 1 F à π ms max = √ 6 10 4.4,36 5 0,8 π = 3,4 (mm)
Với thông số đường kính xylanh và hành trình, chọn xylanh cấp sản phẩm là xylanh DSNU-25-200 P-A của hãng FESTO (như hình 3.9) :
Xylanh tròn khí nén tác động kép ISO có nam châm tích hợp
Dựa trên tiêu chuẩn ISO 6432
Chiều dài hành trình 200mm (S = 200mm)
Có đệm đàn hồi ở cả hai đầu
Piston từ tính để cảm nhận vị trí
Thanh piston bằng thép không gỉ hợp kim cao
Hình 2.12: Thông số xylanh DSNU-25-200 P-A
Do yêu cầu làm việc cần xylanh tác động nhanh, hành trình làm việc không lớn, để đơn giản ta sử dung xylanh quay thuộc Series CRQ2 ( như hình 2.10)
Xác định thông số kỹ thuật của xylanh:
Hình 2.11: Momen tác dụng lên xylanh khí nén
Khối lượng lớn nhất của phôi: m = 1,48 (kg)
Hệ số ma sát giữa phôi và băng tải: f =0,3
Chiều dài thanh gạt cần thiết: l = 200 mm = 0,2 m
Momen cần thiết do xylanh xoay tạo ra:
Hình 2.14: Mô-men xoắn hiệu quả dựa theo kích thước và áp suất làm việc
Theo thông tin nhà sản xuất và yêu cầu hệ thống (hình 3.13), chọn được xylanh có thông số :
- Áp suất làm việc của hệ thống P = 0,15 MPa
Chọn thời gian xylanh đẩy sản phẩm t1 = 0,5 s, thời gian xylanh trở về vị trí ban đầu t2 = 0,5 s.
Vận tốc của xylanh khi đẩy sản phẩm là: v 1 = S t 1 = 0,2
Vận tốc của xylanh khi trở lại vị trí ban đầu là: v 2 = S t 2 = 0,2
Diện tích có ích của xylanh là:
4 = 0,00049 (m 2 ) Lưu lượng khí nén cần cung cấp cho 1 xylanh hoạt động trong một phút là: q = A (v1 +v2) = 0,00049 (0,4 + 0,4) = 3,92.10 -4 (m 3 /s) = 23,52 (lít/phút)
Lưu lượng khí nén cần cung cấp cho 1 xylanh quay hoạt động trong 1 phút là: q = 2.n.V = 2 40.0,079 = 6,32 (lít/phút) Trong đó:
n là số lần hoạt động của xi lanh trong 1 phút: nmax = 40
Chọn máy nén khí Pony NH05-58 với dung tích bình chứa là 58 lít.
- Thông số kỹ thuật của Wing TW-OF750-25l -1HP:
+ Dung tích/trọng lượng: 58 lít
+ Lưu lượng khí nén: 10 lít/phút
+ Áp lực khí nén: 8kg/cm 2
XÂY DỰNG BẢN VẼ HỆ THỐNG
Hệ thống phân loại sản phẩm được thiết kế bản vẽ lắp như phụ lục 1.
