LỜI CẢM ƠNĐược sự phân công của quý thầy cô Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trường ĐạiHọc Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, sau khoảng thời gian nỗ lực nghiên cứu và thực hiện, nhóm chúng em đã hoàn thàn
PHẦN MỞ ĐẦU
Giới thiệu chung về đề tài
Đề tài "Nghiên cứu xây dựng clip mô phỏng, chế tạo hệ thống mô hình mô phỏng các cơ cấu nguyên lý máy phổ biến (cụm 2)" hướng đến việc phát triển một hệ thống giáo dục tương tác, giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận và hiểu biết sâu sắc về nguyên lý hoạt động của máy móc Sử dụng công nghệ mô phỏng và chế tạo mô hình, đề tài này không chỉ có ý nghĩa quan trọng đối với sinh viên kỹ thuật mà còn mang lại giá trị cho giáo viên, nhà nghiên cứu và những ai quan tâm đến lĩnh vực kỹ thuật máy móc.
Mục tiêu của đề tài
Chế tạo hệ thống mô hình không chỉ bao gồm mô phỏng số mà còn tạo ra các mô hình vật lý của cơ cấu máy Điều này giúp người học có cơ hội tiếp xúc và tương tác trực tiếp với mô hình, từ đó nâng cao hiểu biết về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của chúng.
Hỗ trợ giáo dục và nghiên cứu trong lĩnh vực kỹ thuật là rất quan trọng, cung cấp công cụ hữu ích cho giảng dạy và nghiên cứu Những công cụ này không chỉ giúp cải thiện hiệu quả học tập mà còn nâng cao hiểu biết về máy móc và cơ khí, từ đó thúc đẩy sự phát triển trong ngành.
Xây dựng clip mô phỏng sinh động giúp người học dễ dàng hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các cơ cấu máy phổ biến Những clip này được thiết kế đa dạng, phù hợp với nhiều đối tượng, từ người mới bắt đầu đến những người có kiến thức nâng cao.
Lí do chọn đề tài
Việc lựa chọn đề tài "Nghiên cứu xây dựng clip mô phỏng, chế tạo hệ thống mô hình mô phỏng các cơ cấu nguyên lý máy phổ biến" được xác định bởi nhiều lý do quan trọng và có ý nghĩa, nhằm nâng cao hiểu biết về các cơ cấu máy và ứng dụng của chúng trong thực tiễn.
Cải thiện kỹ năng thiết kế và sáng tạo là mục tiêu chính của đề tài này, giúp sinh viên và người tham gia phát triển khả năng cá nhân thông qua việc áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tiễn Họ có cơ hội giải quyết các vấn đề kỹ thuật bằng cách chế tạo mô hình và tạo clip mô phỏng Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, việc nắm vững và áp dụng các nguyên lý máy móc trở nên quan trọng hơn bao giờ hết, và đề tài này góp phần chuẩn bị nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp hiện đại.
Các clip mô phỏng và mô hình chế tạo không chỉ phục vụ cho giáo dục mà còn có ứng dụng trong nghiên cứu, thiết kế, và bảo trì máy móc Điều này tạo ra nhiều cơ hội thực tế cho các sản phẩm phát triển từ đề tài.
Phát triển kỹ năng làm việc nhóm là yếu tố quan trọng trong quá trình nghiên cứu và chế tạo, nơi sự hợp tác chặt chẽ giữa các thành viên là cần thiết Điều này không chỉ giúp nâng cao khả năng quản lý dự án mà còn cải thiện kỹ năng giao tiếp, tạo nền tảng vững chắc cho thành công trong môi trường làm việc hiện đại.
Tính cấp thiết
Cải thiện phương pháp giáo dục kỹ thuật là điều cần thiết trong bối cảnh giáo dục hiện đại Việc áp dụng công nghệ mới như mô phỏng số và mô hình hóa vào giảng dạy giúp sinh viên tiếp cận các nguyên lý máy móc một cách trực quan và dễ hiểu Đề tài này tập trung vào việc tạo ra các clip mô phỏng và mô hình thực tế, từ đó nâng cao chất lượng giáo dục kỹ thuật.
Tăng cường kỹ năng thực hành thông qua việc chế tạo mô hình thực tế là rất quan trọng cho sinh viên và những người tham gia nghiên cứu Quá trình này giúp phát triển kỹ năng từ thiết kế, chế tạo đến kiểm tra, đồng thời đào tạo kỹ sư và chuyên gia kỹ thuật có khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn.
Các clip mô phỏng và mô hình kỹ thuật ngày càng trở nên phổ biến trong giáo dục và truyền đạt kiến thức kỹ thuật đến công chúng Việc này không chỉ nâng cao nhận thức mà còn cải thiện hiểu biết của xã hội về công nghệ và kỹ thuật.
Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu
1.5.1 Đối tượng nghiên cứu: Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu và mô phỏng các cơ cấu nguyên lý máy phổ biến như cơ cấu biến đổi chuyển động, cơ cấu truyền động, và các cơ cấu khác được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống Nguồn chính dựa trên cơ sở kiến thức, ví dụ trong những cuốn giáo trình Nguyên lý - Chi tiết máy
- Thiết kế chế tạo các cơ cấu được giảng dạy trong bộ môn Nguyên lý máy và các cơ cấu được ứng dụng trong thực tiễn và sản xuất.
Khi chọn động cơ, cần xác định loại động cơ phù hợp với từng cơ cấu hoạt động theo nguyên lý đã định, nhằm đảm bảo hiệu suất sử dụng lâu dài và ổn định.
- Chọn ổ lăn, bạc trượt: các loại ổ lăn bạc trượt phù hợp với điều kiện hoạt động, đảm bảo các linh kiện hoạt động trơn tru.
- Clip mô phỏng: Sử dụng phần mềm để tiến hành xây dựng clip mô phỏng hoạt động các cơ cấu nguyên lý máy.
Nội dung tổng quát
Đồ án tốt nghiệp này bao gồm 6 chương:
Chương II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Chương III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương IV: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CÁC CƠ CẤU Chương V: MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN
Chương VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Những khái niệm cơ bản
3.1.1 Bậc tự do (BTD) của vật rắn
Bậc tự do là khả năng chuyển động độc lập, hay là thông số độc lập cần để xác định vị trí của vật rắn.
Trong nghiên cứu chuyển động của một vật rắn S trong mặt phẳng, cần xem xét ba khả năng chuyển động độc lập: tịnh tiến theo hai trục X và Y, cùng với khả năng quay trong mặt phẳng Ba hình thức chuyển động này hoàn toàn độc lập với nhau, dẫn đến việc vật rắn có ba bậc tự do (BTD) trong chuyển động phẳng.
Trong chuyển động không gian, vật rắn có khả năng tịnh tiến và quay quanh ba trục X, Y, Z Sáu chuyển động này hoàn toàn độc lập với nhau, dẫn đến việc vật rắn có tổng cộng 6 bậc tự do.
“Vật thể” trong môn học cơ lý thuyết, ở Nguyên lý máy được gọi là khâu Tùy theo vật liệu chế tạo, khâu được chia làm:
- Khâu cấu tạo từ chất lỏng và hơi
Khâu rắn là phần tử kết cấu hoặc tập hợp những phần tử được nối cứng với nhau Sự khác biệt chính giữa khâu rắn và khâu mềm (như xích, dây cáp, dây đại) nằm ở sự dịch chuyển tương đối của các phần tử cấu tạo.
3.1.3 Sự nối động, khớp động
Nối các khâu cho phép chuyển động tương đối được gọi là nối động, trong đó vị trí tiếp xúc giữa hai khâu này được gọi là khớp động Các thành phần của khớp động bao gồm điểm, đường và mặt của các khâu, đóng vai trò quan trọng trong chuyển động tương đối giữa chúng.
Dựa vào những cơ sở khác nhau sau để tiến hành phân loại khớp động.
- Theo dạng tiếp xúc của các thành phần khớp động:
Khớp loại thấp là các khớp có tiếp xúc theo mặt, bao gồm khớp quay, khớp tịnh tiến, khớp cầu và khớp vít Ngược lại, khớp loại cao có tiếp xúc theo đường hoặc điểm.
Khớp tịnh tiến và khớp quay có thể xem như là trường hợp đặc biệt của khớp vít khi bước ren bằng vô cùng hoặc bằng không.
Khớp loại thấp có ưu điểm: Khả năng truyền tải lớn, lâu mòn, chịu lực lớn hơn khớp loại cao.
Khớp loại cao thực hiện được những chuyển động phức tạp hơn, so với khớp loại thấp.
- Theo số bậc tự do bị hạn chế trong chuyển động tương đối giữa hai khâu.
Chuyển động khâu tự do trong không gian bao gồm 6 chuyển động độc lập: 3 chuyển động tịnh tiến và 3 chuyển động quay quanh 3 trục tọa độ Khi khâu này nối động với khâu khác, số bậc tự do (BTD) của khâu sẽ giảm Tùy thuộc vào cách đối hợp giữa hai khâu và hình dáng hình học của thành phần khớp động, mỗi khâu có thể mất từ 1 đến 5 BTD, theo phân loại của viện sĩ I.I Artôbôlepski, dẫn đến năm loại khớp động khác nhau Đối với khâu chuyển động song phẳng, BTD ban đầu là 3, nhưng sau khi tham gia khớp động, BTD có thể giảm xuống còn 2 hoặc 1 Do đó, trong mặt phẳng, chỉ tồn tại khớp loại 4 (để lại 2 BTD) và khớp loại 5 (để lại 1 BTD).
Cấu tạo của các khớp động rất phức tạp và đa dạng, và để dễ dàng hình dung, chúng ta có thể sử dụng các lược đồ khớp động được trình bày trong bảng 3-1.
Khớp động Lược đồ Số BTD bị hạn chế Loại
3.1.4 Chuỗi động và cơ cấu
Tập hợp những khâu, nối với khâu bằng các khớp động, được gọi là chuỗi động. Chuỗi động được chia thành.
Chuỗi động được chia thành hai loại: chuỗi động đơn giản và chuỗi động phức tạp Chuỗi động đơn giản là những khâu chỉ tham gia không quá 2 khớp động, trong khi chuỗi động phức tạp bao gồm các khâu tham gia từ 3 khớp động trở lên.
Chuỗi động hở chỉ có khâu tham gia một khớp động, trong khi chuỗi động kín có các khâu tham gia ít nhất hai khớp động Trong các cơ cấu, chuỗi động hở và chuỗi động kín đều có thể xuất hiện, nhưng chuỗi động kín là loại phổ biến nhất trong ngành chế tạo máy.
Chuỗi động phẳng bao gồm các khâu chuyển động trong một mặt phẳng hoặc các mặt phẳng song song, trong khi chuỗi động không gian tạo ra các đường cong không gian hoặc đường cong phẳng trong các mặt phẳng cắt nhau Trong lĩnh vực cơ khí, các cơ cấu phẳng thường được sử dụng do tính đơn giản và hiệu quả của chúng.
Trong cơ cấu, khâu được liên kết với hệ quy chiếu để xác định các thông số chuyển động của các khâu khác, thường được gọi là giá cố định hoặc khâu tĩnh Thông thường, giá được cố định với quả đất, nhưng cũng có những trường hợp giá có thể chuyển động, như trong các máy vận chuyển hoặc tên lửa Ngoài ra, trong thực tế, cũng thường gặp các cơ cấu mà các khâu lần lượt hoạt động như giá cố định.
Bậc tự do của cơ cấu
Bậc tự do của cơ cấu được định nghĩa là số lượng khả năng chuyển động độc lập, tức là số thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí của cơ cấu.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xây dựng công thức tính BTD cho cơ cấu và chuyển động, tập trung vào các quan hệ hình học của chúng.
3.2.1 Trước tiên xét cơ cấu phẳng:
Giả sử có cơ cấu hoặc chuỗi động, bao gồm n khâu chuyển động, trong đó có p5 khớp loại 5 và p4khớp loại 4.
Số bậc tự do của n khâu khi chưa được nối động sẽ là 3 x n, vì mỗi khâu chuyển động tự do trong mặt phẳng có 3 BTD.
Số BTD giảm đi do các khớp động hạn chế sẽ là:
Cho nên BTC của cơ cấu sẽ bằng:
Công thức trên do nhà bác học Nga P.L Tsebusep (1821-1894) tìm ra năm 1869.
Trong cơ cấu không gian, mỗi khâu chuyển động tự do sẽ có 6 bậc tự do, vì vậy công thức tính bậc tự do sẽ có dạng sau:
Trong đó p5, p4, p3, p2, p1là số khớp loại 5, 4, 3, 2, 1 có trong cơ cấu.
Cơ cấu được minh họa trong hình 3-3 có khâu động với 4 khớp loại 5, bao gồm 3 khớp quay và 1 khớp tiến Bên cạnh đó, trong cơ cấu khoan, có sự xuất hiện của khớp loại 4 Áp dụng công thức (3-1), chúng ta có thể xác định bậc tự do của cơ cấu.
Hình 3-3 Cơ cấu toàn khớp loại thấp
3.2.3 Bậc tự do ràng buộc thừa:
Một số cấu trúc đặc biệt có ảnh hưởng đến BTD của cơ cấu Khi làm việc với những cơ cấu này, cần chú ý khi áp dụng các công thức (3-1) và (3-2) để tính toán BTD Dưới đây là một số ví dụ cụ thể để minh họa.
Ví dụ 1: Cơ cấu cam (hình 3-4) gồm có 3 khâu động, 3 khớp loại 5, 1 khớp loại 4 (khớp động giữa khâu 1 và 2) Áp dụng công thức (3-1), BTD của cơ cấu bằng:
Hình 3-4 Cơ cấu có khớp loại cao.
Nếu hai lá con lăn tròn và khớp quay b được đặt đúng vào tâm vòng tròn, thì bậc tự do thực tế (BTD) của cơ cấu là 1 Trong trường hợp này, cơ cấu có một bậc tự do thừa là chuyển động quay của con lăn quanh trục của nó Chuyển động này không ảnh hưởng đến các khâu còn lại của cơ cấu, do đó, sau khi tính BTD của cơ cấu theo công thức (3-1), cần phải loại bỏ bậc tự do thừa.
Ví dụ 2:Cơ cấu vẽ hình elip (hình 3-5) gồm có 4 khâu động, nối với nhau bằng 6 khớp loại 5.
Hình 3-5 Cơ cấu có ràng buộc thừa. Áp dụng công thức (3-1), BTD của cơ cấu bằng:
Có nghĩa là cơ cấu không chuyển động Nhưng nếu kích thước động các khâu thỏa mãn điều kiện sau:
Cơ cấu sẽ có một bậc tự do Sai ở chỗ nào?
Trong tam giác vuông, đường trung tuyến từ đỉnh vuông đến cạnh huyền luôn bằng một nửa độ dài của cạnh huyền Do đó, điểm trung bình B sẽ luôn cách điểm A một khoảng bằng nửa cạnh huyền CD, bất kể có khâu 1 hay không Chuỗi động của khâu 1 và hai khớp quay A và B tạo thành một hệ thống có bậc tự do nhất định.
Trong đó: r: số ràng buộc thừa s: số bậc tự do thừa
Để xác định số rằng buộc thừa, cần phải phân tích kỹ lưỡng đặc điểm hình học của cơ cấu Đồng thời, để xác định số bậc tự do thừa, việc phân tích đặc điểm chuyển động của các khâu trong cơ cấu cũng rất quan trọng.
3.2.4 Khâu dẫn, ý nghĩa của bậc tự do cơ cấu
BTD của cơ cấu là số thông số độc lập cần thiết để xác định vị trí của cơ cấu, chủ yếu dùng để xác định vị trí các khâu Từ vị trí của những khâu này, ta có thể xác định vị trí các khâu còn lại Nếu cho thông số xác định vị trí của cơ cấu biến thiên theo thời gian, tức là áp dụng một quy luật chuyển động từ bên ngoài, thì khâu nhận quy luật chuyển động này được gọi là khâu dẫn.
Khâu dẫn thường được kết nối với khâu có định bằng khớp quay Mỗi khâu nối giá bằng khớp quay chỉ cần một thông số để xác định vị trí, vì vậy số bậc tự do của cơ cấu tương ứng với số lượng khâu dẫn.
Xếp loại cơ cấu phẳng
Có nhiều cách xếp loại cơ cấu phẳng tùy theo tiêu chuẩn xếp loại, trong đó sẽ nghiên cứu cách phân loại dựa trên cấu trúc của cơ cấu Phương pháp phân loại này được đề xuất bởi nhà bác học Nga L.V Atxua (1876-1920) và được phát triển bởi I.I Artobolepski.
3.3.1 Nguyên lý tạo thành cơ cấu:
Mọi cơ cấu được hình thành bằng cách kết nối khâu dẫn hoặc khâu của cơ cấu gốc với khâu cố định thông qua các chuỗi động có bậc tự do bằng không Đối với cơ cấu chỉ có khớp loại 5 (khớp loại thấp), trong nhóm có bậc tự do bằng không, số khâu n và số khớp loại 5 cần phải thỏa mãn một điều kiện cần thiết.
Các nhóm này phải đáp ứng điều kiện không thể tách thành các nhóm đơn giản hơn mà vẫn thỏa mãn các điều kiện đã nêu Những nhóm này được gọi là nhóm Atxua, hay còn được biết đến là nhóm tĩnh định.
Cơ cấu 4 khâu bản lề có 1 bậc tự do, bao gồm khâu dẫn 1 và nhóm Atxua BCD Nhóm này được cấu thành từ 2 khâu động và 3 khớp loại 5, đáp ứng điều kiện cần thiết.
Ngoài ra, còn thỏa mãn điều kiện đủ là không thể tách thành nhóm đơn giản hơn có bậc tự do bằng không.
Khớp chờ là thành phần dùng để kết nối với các khâu bên ngoài Khi cố định các khớp chờ, sẽ hình thành một giàn tĩnh định Hình 3-6c minh họa cho cấu trúc của giàn tĩnh định này.
Một số nhóm Atxua thường gặp trong ngành Cơ khí được giới thiệu trong hình 3-7.
Hình 3-6 Cấu tạo của cơ cấu.
Việc xếp loại nhóm Atxua dựa trên những nguyên tắc sau: a Những nhóm không chứa chuỗi động kín, được xếp thành 2 loại.
- Loại 2: gồm các nhóm có 2 khâu 3 khớp (hình 3-7a, b, c, d, e).
Loại 3 bao gồm các nhóm với khâu cơ sở được liên kết với nhau qua 3 khớp động, như minh họa trong hình 3-7f và 3-7h, trong đó hình 3-7f có một khâu cơ sở và hình 3-7h có hai khâu cơ sở Ngoài ra, nhóm có chuỗi động kín được phân loại dựa trên số cạnh của chuỗi đóng kín đơn, với chuỗi có nhiều cạnh nhất trong nhóm Hình 3-7g minh họa nhóm Atxua loại 4.
Bậc của nhóm là số khớp (khớp chờ) dùng để kết nối với các khâu bên ngoài như khâu dẫn, khâu cố định và khâu của các nhóm khác Trong cùng một loại nhóm, bậc cao hơn sẽ làm cho việc giải quyết các bài toán động học và lực học trở nên phức tạp hơn Do đó, bậc của nhóm cũng được xem như một đặc trưng cấu trúc quan trọng.
Xếp loại cơ cấu dựa trên nguyên tắc sau:
Khâu dẫn là cơ cấu loại 1, bao gồm khâu dẫn kết nối với khâu có định thông qua một khớp loại 5 Các thiết bị như máy điện, tua bin và động cơ điện đều thuộc loại cơ cấu này Đặc điểm nổi bật của cơ cấu này là không có nhóm tĩnh định nào.
- Loại cơ cấu là loại của nhóm Atxua cao nhất có trong cơ cấu.
Ví dụ:cơ cấu biểu diễn trên hình 3-8 gồm có hai nhóm tĩnh định, một nhóm loại
2 và một nhóm loại 3 Cơ cấu này là cơ cấu loại 3.
Hình 3-8 Cách tách nhóm Atxua.
3.3.4 Những điều cần chú ý khi tách nhóm Atxua trong cơ cấu
Tách từ các nhóm khâu xa dẫn đến gần khâu dẫn có thể thay đổi loại cơ cấu Ví dụ, trong hình 3-9, nếu khâu 1 được coi là khâu dẫn, chúng ta sẽ có cơ cấu loại 4 (hình 3-9a) Ngược lại, nếu khâu 5 là khâu dẫn, cơ cấu sẽ trở thành loại 3 (hình 3-9b).
Theo nguyên lý hình thành cơ cấu, khi tách một nhóm ra khỏi cơ cấu, phần còn lại phải vẫn đảm bảo tính hoàn chỉnh của một cơ cấu Đây được gọi là cơ cấu gốc.
- Khi tách nhóm, phải chú ý tách nhóm loại thấp trước Sau đó nếu không được, sẽ tách ra những nhóm có loại cao hơn.
- Nếu trong cơ cấu có khớp loại 4, phải thay chúng bằng khớp loại 5.
3.3.5 Thay khớp loại 4 bằng khớp loại 5
Trong cơ cấu đã trình bày, không tồn tại khớp loại 4 Nếu khớp loại 4 xuất hiện, chúng ta sẽ thay thế bằng khớp loại 5, đảm bảo rằng bậc tự do của cơ cấu không thay đổi và chuyển động tương đối giữa hai khâu được nối bởi khớp loại 4 vẫn giữ nguyên.
Khớp loại 4: Chuỗi động thay thế
Hình 3-10 Thay thế khớp loại 4.
Khi thay thế một khớp loại 4 bằng một chuỗi động có n khâu động và p5, cần đảm bảo rằng bậc tự do không đổi Khớp loại 4 trong mặt phẳng hạn chế một bậc tự do trong chuyển động tương đối giữa hai khâu, do đó chuỗi động thay thế phải có bậc tự do (BTD) bằng -1.
Cho nên chuỗi động đơn giản nhất dùng để thay thế khớp loại 4 sẽ gồm 1 khâu và 2 khớp loại 5.
Để đảm bảo chuyển động tương đối giữa hai khâu không thay đổi, khi hai khâu được nối bằng khớp loại 4, chuyển động tương đối có thể được xem là quay quanh tâm cong của hai khâu tiếp xúc Tâm cong này nằm ở các thành phần khớp cao Do đó, các khớp loại 5 có thể thay thế cho khớp loại 4.
Khớp loại 4 được đặt tại tâm của con lăn, với các khớp thường gặp và chuỗi động thay thế được minh họa trong hình 3-10 Khi các thành phần khớp loại 4 là đường thẳng, tâm cong ở vô cực, chuyển động giữa hai khâu diễn ra theo kiểu tĩnh tiến, và khớp loại 5 thay thế sẽ là khớp tĩnh tiến Ngược lại, nếu thành phần khớp loại 4 là một điểm nhọn với bán kính cong bằng không, khớp loại 5 sẽ là khớp quay và được đặt tại điểm tiếp xúc.
Cơ cấu cam cần đầu bằng được trình bày trong hình 3-11a với biên dạng cam hình tròn Hình 3-11b mô tả cơ cấu thay thế, trong đó khớp loại 4 được thay thế bằng khâu 3 và hai khớp loại 5, bao gồm khớp tĩnh tiến C và khớp quay B.
Hình 3-11 Cơ cấu cam và cơ cấu thay thế.
Cơ cấu nhiều thanh (cơ cấu khớp loại thấp)
Cơ cấu nhiều thanh là một loại cơ cấu phổ biến trong ngành cơ khí và nhiều lĩnh vực kinh tế quốc dân khác Trong cơ cấu này, các khớp động đều thuộc loại thấp, với các thành phần khớp động bao gồm các mặt phẳng và mặt cầu.
3.4.1 Các đặc điểm của khớp loại thấp:
Cơ cấu khớp loại thấp nổi bật so với các loại cơ cấu khác nhờ vào những đặc điểm như độ bền cao, tuổi thọ lâu dài và khả năng truyền lực lớn, nhờ vào cấu trúc các mặt khớp động Với thiết kế đơn giản, cơ cấu này dễ dàng chế tạo và lắp ráp Ngoài ra, việc thay đổi kích thước động của các khâu để đạt được quy luật chuyển động khác cũng rất thuận tiện Tuy nhiên, việc thiết kế cơ cấu theo một quy luật chuyển động cụ thể lại gặp khó khăn.
3.4.2 Định nghĩa và công dụng
Trong cơ cấu nhiều thanh, cơ cấu 4 khâu bản lề là cơ cấu thường gặp và điển hình nhất.
Hình 3-12 Cơ cấu 4 khâu bản lề
Cơ cấu bốn khâu bản lề bao gồm bốn khâu được nối với nhau qua các khớp quay Trong đó, khâu cố định được gọi là giá, và khâu đối diện với khâu cố định là thanh truyền Hai khâu còn lại được phân loại thành tay quay nếu có khả năng quay hết vòng, hoặc cần lắc nếu không thể quay hết vòng Trong cơ cấu này, thanh truyền thực hiện chuyển động song phẳng.
Cơ cấu 4 khâu bản lề bao gồm một tay quay và một cần lắc, có chức năng chuyển đổi giữa chuyển động quay tròn và chuyển động lắc Loại cơ cấu này được ứng dụng phổ biến trong nhiều loại máy móc, chẳng hạn như máy nghiền đá và máy may.
Hình 3-13 Máy nghiền Trên hình 3-13 là sơ đồ của máy nghiền đá, biến chuyển động quay thành chuyển động lắc của máng nghiền.
Trong nhiều trường hợp, thanh truyền được sử dụng làm khâu công tác, chuyển động theo quỹ đạo song phẳng Mỗi điểm trên thanh truyền vẽ nên các đường cong khác nhau, được ứng dụng trong máy gia công định hình, máy vẽ đường cong đại số, máy trộn, và các máy cần thiết để di chuyển theo những quỹ đạo cụ thể Ví dụ, trong cần cẩu tại cảng, điểm E của thanh truyền cần chuyển động theo một đường thẳng để vận chuyển hàng hóa một cách hiệu quả.
3.4.3 Các dạng của cơ cấu 4 khâu bản lề
Cơ cấu 4 khâu bản lề là dạng cơ cấu điển hình nhất, và các cơ cấu nhiều thanh khác, dù có tên gọi khác nhau, thực chất đều là các biến thể của cơ cấu này.
Trong cơ cấu bốn khâu bản lề, việc thay đổi chiều dài của một số khâu hoặc khâu cố định không làm thay đổi bản chất của cơ cấu, vẫn giữ nguyên bốn khâu được kết nối bằng các khớp quay Do đó, có thể áp dụng các nguyên tắc nhất định để biến thể cơ cấu này thành các loại cơ cấu khác Một trong những cách là thay đổi kích thước của các khâu động.
Trên hình 3-16a là cơ cấu 4 khâu bản lề
Hình 3-16 Biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề
Khi chiều dài khâu 3 lớn vô cùng và điểm D lùi xa vô tận, chuyển động của khâu 3 trở thành tịnh tiến theo phương Y Trong trường hợp này, cơ cấu 4 khâu bản lề chuyển thành cơ cấu tay quay con trượt lệch tâm, với khoảng lệch e được gọi là tâm sai Nếu e=0, cơ cấu này được gọi là tay quay con trượt chính tâm Việc thay đổi khâu cố định có thể ảnh hưởng đến hoạt động của cơ cấu.
Cơ cấu tay quay con trượt trên (hình 3-17a), nếu lấy khâu 1 làm giá, ta được cơ cấu culit quay (hình 3-17b),
Hình 3-17 Biến thể của cơ cấu bốn khâu bản lề Nếu lấy khâu 2 làm giá, ta được cơ cấu pistong lắc (hình 3-17c)
Trong cơ cấu culit quay, khi điểm A di chuyển đến vô cực, ta thu được cơ cấu sin (hình 3-18a), trong khi nếu điểm B di chuyển đến vô cực, sẽ tạo ra cơ cấu tang (hình 3-18b).
Hình 3-18 Các cơ cấu biến thể
Cơ cấu sin có thể vẽ vẽ dưới dạng như hình 3-18c Nếu lấy khâu 4 làm giá, được cơ cấu enlip (hình 3-18d) lấy khâu 2 làm giá, được cơ cấu oldham.
Trong cấu trúc này, chỉ khâu 2 có kích thước hữu hạn, trong khi các khâu khác có chiều dài vô cùng Do đó, mệnh đề 1 của nguyên tắc Grashôp luôn được đảm bảo.
Cơ cấu Ôlđam, hay còn gọi là nối trục Ôlđam, được sử dụng để truyền chuyển động quay từ khâu 1 sang khâu 3 Do khâu 2 được cố định là khâu ngắn nhất, cả hai khâu nối giá 1 và 3 đều quay toàn vòng.
Khớp trục Ôlđam bao gồm ba khâu được kết nối qua hai rãnh trượt vuông góc Trục của khâu 1 và khâu 3 song song, với độ lệch tâm giữa chúng chính là chiều dài của khâu 2.
Cơ cấu bánh răng (cơ cấu khớp loại cao)
Cơ cấu bánh răng là cơ cấu có khớp loại cao dùng để truyền chuyển động theo nguyên tắc ăn khớp trực tiếp giữa các răng của hai khâu.
Nhược điểm của cơ cấu bánh răng là cần phải chế tạo với độ chính xác cao, làm việc có tiếng ồn
Bánh răng có thể được chia thành nhiều loại:
Trục mang bánh răng có hai loại chuyển động chính: Truyền động thường, trong đó đường tâm hình học của các trục bánh răng là cố định, và truyền động ngoại luân, nơi đường tâm của một số bánh răng là di động.
Theo vị trí tương đối giữa các trục a Bánh răng trụ: truyền động gữa 2 trục song song (Hình 3-21)
Hình 3-21 Phân loại bánh răng
Bánh răng nón được sử dụng để truyền chuyển động giữa hai trục cắt nhau, trong khi truyền động hyperbôlôit phục vụ cho việc truyền động giữa hai trục chéo nhau, bao gồm các thành phần như trục vít, trụ chéo và nón chéo.
Theo vị trí tương đối của hai tâm quay, khi hai vòng tròn lăn tại điểm tiếp xúc, có hai trường hợp chính Đối với bánh răng ngoại tiếp, tâm quay của hai bánh răng nằm ở hai phía của đường tiếp tuyến Ngược lại, trong trường hợp bánh răng nội tiếp, tâm quay của hai bánh răng lại nằm về một phía.
Theo hướng răng trên bánh răng
Bánh răng thẳng (hình 3-21a), bánh răng nghiêng (hình 3-21b), bánh răng xoắn (hình 3-21c), bánh răng cong
Theo các loại biên dạng răng, có ba kiểu chính: Bánh răng thân khai có biên dạng là đường thân khai của vòng tròn; bánh răng xyclôit có biên dạng là đường xyclôit; và bánh răng Nôvikôv, trong đó biên dạng của một bánh răng là lồi, trong khi bánh răng kia là lõm Các biên dạng này đều được thể hiện dưới dạng các vòng tròn.
Bánh răng được phân loại thành bánh răng có tỷ số truyền không đổi và thay đổi, theo các quy luật nhất định Chúng có thể được sử dụng trong truyền động kín, như trong hộp giảm tốc và hộp tốc độ, cũng như trong truyền động hở Ngoài ra, bánh răng còn có vai trò quan trọng trong bộ truyền truyền lực, chủ yếu để truyền công suất, và trong bộ truyền động học, với nhiệm vụ chính là đảm bảo tỷ số truyền chính xác.
Hình 3-24 Bánh răng không tròn
Năm 1754, Ơ-le đã phát hiện ra truyền động bánh răng thân khai với biên dạng răng là đường thân khai của vòng tròn Bánh răng thân khai có ưu điểm vượt trội về công nghệ, dễ chế tạo với độ chính xác cao nhờ sử dụng dụng cụ cắt có lưỡi thẳng Hơn nữa, biên dạng thân khai không nhạy cảm với sai số khoảng cách tâm, giúp duy trì qui luật chuyển động và tỷ số truyền ổn định.
Hình 3-25 Cấu tạo đường thân khai của vòng tròn
3.5.3 Bánh răng ăn khớp thanh răng
Cơ cấu bánh răng thanh răng chuyển đổi giữa chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến Nghiên cứu sự ăn khớp giữa hai bánh răng là rất quan trọng; trong trường hợp bánh răng 1 có đường kính lớn vô hạn, nếu góc ăn khớp và đường ăn khớp vẫn được giữ nguyên, thì sự ăn khớp vẫn diễn ra bình thường.
Hình 3-26 Thanh răng Hình 3-27 Bánh răng ăn khớp với thanh răng
Trục vít là thiết bị dùng để truyền chuyển động quay giữa hai trục chéo nhau, phổ biến nhất là loại có góc giữa hai trục bằng 90 độ Một dạng thường thấy của trục vít là bánh vít hình trụ.
Giả sử có một cặp bánh răng trụ chéo, truyền chuyển động quay giữa hai trục vuông góc nhau.
Cặp bánh răng trụ chéo có đặc điểm: góc nghiêng β1 rất lớn, β2 nhỏ Vì thế, đường răng của bánh răng 1 được quấn nhiều vòng trên bánh răng (hình
3-28) Số răng của bánh răng 1 không thể nhiều được, vì bước của đường xoắn có giá trị nhất định.
Thông thường Z1= 1 - 4 Số răng Z, còn gọi là đầu mối Bánh răng 1 được gọi là trục vít Hình 3-28 Trục vít hình trụ
Bánh răng 2 được gọi là bánh vít.
Bánh răng nón có răng được phân bố trên hình nón cụt, cho phép truyền chuyển động quay giữa hai trục cắt nhau và chéo nhau trong không gian.
Bánh nón răng thẳng: đường răng chụm vào đỉnh bánh răng (hình 3-29a), đường răng nghiêng tiếp xúc với vòng tròn bán kính p (hình 3-29b)
Bánh răng không thẳng, hay còn gọi là bánh răng cong, có đặc điểm là đường răng được thiết kế theo dạng cung tròn với bán kính ri, tuân theo nguyên tắc glixơn Ngoài ra, đường răng cũng có thể là đường xoắn ốc acsimet hoặc đường thân khai của vòng tròn bán kính p, phù hợp với nguyên tắc klinghenbec.
Hình 3-29 Các loại bánh răng nón
Hệ thống bánh răng có khả năng truyền chuyển động với tỷ số truyền lớn, điều này thường không đạt được chỉ với một cặp bánh răng mà cần phải sử dụng nhiều cặp bánh răng để thực hiện Việc sử dụng nhiều cặp bánh răng là cần thiết trong thực tế để đạt được tỷ số truyền lớn, đáp ứng yêu cầu của các cơ cấu cơ khí.
Hệ thống bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tỉ số truyền Nó cho phép thay đổi tốc độ làm việc trong nhiều loại máy móc, bao gồm cả hộp số trong ô tô.
Phân loại hệ thống bánh răng:
- Hệ bánh răng ngoại luân:
+ Hệ thống vi sai kín
Hình 3-31 Hệ vi sai kín
Một số cơ cấu khác
3.6.1 Cơ cấu trong người máy, tay máy Đặc trưng cơ bản của nền công nghiệp hiện đại là tự động hóa ở mức độ cao các qui trình công nghệ cũng như quá trình điều khiển Trong một số công việc, con người trực tiếp thực hiện sẽ rất nguy hiểm, đôi khi còn không thực hiện được (trong công nghiệp hạt nhân, nghiên cứu vũ trụ, đại dương, công nghiệp hóa học ) Do đó, việc sử dụng người máy, tay máy, máy tự động là một yêu cầu cấp thiết.
Máy tự động là những thiết bị hoạt động mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người, thực hiện các chuyển động và quá trình làm việc hoàn toàn tự động.
Dây chuyền tự động là hệ thống bao gồm nhiều máy móc tự động, thực hiện các quy trình công nghệ và vận chuyển liên quan, được kết nối chặt chẽ với nhau và hoạt động dưới sự điều khiển tự động.
Chương trình là tập hợp các lệnh và quy định về trình tự, nhịp độ, số lượng và chất lượng của các nguyên công kỹ thuật Trong dây chuyền tự động, việc điều khiển được thực hiện theo chương trình đã được định trước.
Bộ phận chấp hành trong máy móc là yếu tố quan trọng, có nhiệm vụ trực tiếp thay đổi và kiểm tra kích thước, hình dáng, vị trí cùng các tính chất của vật liệu được gia công Hệ kỹ thuật của người máy đóng vai trò then chốt trong quá trình này.
Hệ chuyển động của cơ cấu chấp hành rất phức tạp và đa dạng, phụ thuộc vào hình dáng, kích thước, vật liệu của vật gia công, kiểu máy và không gian xung quanh, cũng như quy trình công nghệ Để thực hiện những chuyển động phức tạp trong dây chuyền tự động, cần sử dụng các hệ kỹ thuật robot.
Tay máy là thiết bị tự động thực hiện các chuyển động trong mặt phẳng và không gian, thay thế chức năng của tay người.
Người thao tác tự động là thiết bị giống tay máy, hoạt động tự động theo chương trình đã được lập trình trước Thiết bị này thực hiện các nguyên công công nghệ và vận chuyển thông qua các chương trình được lưu trữ trên tấm đục lỗ, băng đục lỗ, băng từ, đĩa từ, cơ cấu cam và trục cam.
Máy móc tự động là các thiết bị thực hiện chức năng phát động và suy nghĩ của con người trong quá trình sản xuất và điều khiển Chúng hoạt động dựa trên các chương trình tự động hóa, được thiết kế để xem xét mọi phương án có thể xảy ra trong quá trình sản xuất.
Người máy sử dụng trong công nghiệp bao gồm các thành phần chính như bộ phận chấp hành, bộ phận truyền dẫn, cơ cấu di chuyển bộ phận chấp hành, hệ thống điều khiển và hệ thống cảm biến để thu thập tín hiệu cần thiết Các loại người máy công nghiệp được phân loại dựa trên các tiêu chí khác nhau.
+ Người máy công nghệ: Người máy công nghệ thực hiện các nguyên công như: hàn, sơn, lắp ráp, điều khiển máy.
+ Người máy phụ: Người máy phụ tthực hiện các nguyên công lắp phôi, tháo dỡ, vận chuyển c Hệ sản xuất tự động linh hoạt.
Mỗi loại người máy đều có đặc trưng riêng, cần thiết kế phù hợp với công dụng cụ thể Việc sử dụng người máy công nghiệp trong sản xuất hiện đại giúp tổ chức nền sản xuất linh hoạt, cho phép thay đổi nhanh chóng dây chuyền sản xuất, thích ứng với sản phẩm mới và quy trình công nghệ mới Độ linh hoạt của sản xuất được hiểu là khả năng nhanh chóng chuyển đổi sang sản phẩm hoặc quy trình mới mà không tốn nhiều công sức Sự gia tăng công nghệ mới, nhu cầu đa dạng hóa sản phẩm và sự phong phú về mẫu mã, kích cỡ đang thúc đẩy việc áp dụng các biện pháp nâng cao tính linh hoạt của dây chuyền sản xuất.
Hệ thống người máy công nghiệp có những đặc trưng quan trọng như không gian làm việc và độ cơ động Không gian làm việc được xác định bởi hình bao của tất cả các vị trí giới hạn mà các khâu của người máy có thể đạt được Để xác định không gian làm việc, cần phân tích sơ đồ động của người máy và tay máy, đồng thời tìm ra phương trình của bề mặt hạn chế không gian Độ cơ động của người máy cũng là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến khả năng thực hiện các nhiệm vụ trong môi trường sản xuất.
Một tọa độ vị trí của khâu công tác được xác định bởi 6 tọa độ Số bậc tự do W của cơ cấu tay máy có thể khác 6.
- Nếu W < 6, khâu công tác không phải lúc nào cũng đạt được vị trí mong muốn và hướng hoạt động cho trước
Nếu W > 6, có nhiều phương án để khâu công tác đạt được vị trí và hướng hoạt động cần thiết Mức độ cơ động của hệ thống phụ thuộc vào bậc tự do của "hệ người máy - tay máy" khi khâu công tác được cố định.
Độ cơ động của cơ cấu người máy - tay máy được xác định bằng hiệu số m = W - 6, trong đó W là bậc tự do của cơ cấu khi cố định khâu công tác Độ cơ động lớn mang lại nhiều phương án cho khâu công tác để đạt được vị trí và hướng hoạt động mong muốn Tuy nhiên, điều này cũng dẫn đến sự gia tăng độ phức tạp của cơ cấu và giảm độ chính xác trong chuyển động.
Hình 3-32 minh họa sơ đồ tay máy đơn giản nhất, trong đó C đại diện cho khâu công tác, tức là bộ phận gắp Để tính toán bậc tự do của hệ thống này, áp dụng công thức (1-2).
W = 7Khi cố định bộ phận gắp: n = 2; p5= 1; p3= 2
W = 6 Khi cố định bộ phận gắp: n = 3; p5= 3; p3= 1
W = 0 Độ cơ động: m = 6 - 6 = 0 c Vùng hoạt động và hệ số phục vụ.
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CÁC CƠ CẤU
Yêu cầu của mô hình
- Mô hình phải mô phỏng lại chính xác nguyên lý hoạt động của các cơ cấu nguyên lý máy
- Mô hình cần phải thiết kế đơn giản, trực quan
- Ít gây tiếng kêu lớn, va chạm giữa các khâu
- Màu sắc đơn giản, xử lý các vết xước bề mặt, sơn bóng chống phai màu
- Thiết kế các cơ cấu tách biệt để người dùng có thể sử dụng theo ý muốn
- Mô hình cần có tuổi thọ cao để trưng bày trong thời gian dài và có khả năng vận chuyển dễ dàng.
Lựa chọn và thiết kế cơ cấu
- Các cơ cấu được thiết kế 3D và mô phỏng hoạt động trên phần mềm Solidworks 2018
- Bản vẽ thiết kế 2D, kích thước, dung sai, số lượng chi tiết được thực hiện trên phần mềmAutocad 2018
4.2.1 Cơ cấu máy nghiền (Rock – Crucher)
Máy nghiền đá là thiết bị thiết yếu trong ngành xây dựng, giúp nâng cao hiệu quả công việc Sự phát triển công nghệ đã thúc đẩy việc sử dụng máy móc cơ giới, tạo ra các loại máy nghiền đá hiện đại Điều này không chỉ thay thế phương pháp nghiền thủ công, mà còn tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động.
Cơ cấu này dùng để biến đổi chuyển động quay tròn thành chuyển động lắc của máng nghiền.
-Động cơ: Giảm tốc 24V, bộ chỉnh tốc độ
Hình 4-1 Thiết kế 3D cơ cấu máy nghiền
- Tấm đế: Nhôm tấm A6061 300x250x8mm, khoan và taro các lỗ Giá thành rẻ, dễ gia công, độ bóng cao.
Hình 4-2 Tấm đế máy nghiền
- Khõu 1: lỗ lắp trục motor DC 24V ỉ6mm và lỗ gắn ty inox ỉ8mm ren M4
- Khâu 2: 2 lỗ gắn ổ bi có vành F688zz
Hình 4-8 Long đền chặn ổ bi
- Hình ảnh thực tế gia công lắp ráp
Hình 4-9 Hình ảnh thực tế cơ cấu máy nghiền
4.2.2 Cơ cấu cần cẩu (Crane)
Cần cẩu, hay còn gọi là cần trục, là một loại máy móc cơ khí lớn dùng để nâng hạ vật nặng từ dưới thấp lên cao và ngược lại Thiết bị này bao gồm hệ thống cơ khí với dây cáp, pa lăng, cần trục, đối trọng và hệ thống điều khiển Mặc dù cần cẩu có khả năng di chuyển vật nặng, nhưng phạm vi di chuyển thường giới hạn trong một khu vực nhỏ.
Trong cần cẩu tại các cảng, điểm E của thanh truyền cần phải di chuyển theo một đường thẳng trong một khoảng nhất định Khi hoạt động, hàng hóa được vận chuyển theo một đường ngang.
-Vật liệu: Nhôm 6061, Inox 304, Mica
Hình 4-10 Thiết kế 3D cơ cấu cần cẩu
- Tấm đế: Nhôm tấm A6061 300x250x8mm, khoan và taro các lỗ Giá thành rẻ, dễ gia công, độ bóng cao.
Hình 4-11 Tấm đế cần cẩu
- Khõu 2: lỗ gắn trục motor step 42 ỉ6mm
- Khâu 3: 2 lỗ gắn ổ bi có vành F688zz
- Hình ảnh thực tế gia công lắp ráp
Hình 4-18 Hình ảnh thực tế cơ cấu cần cẩu
4.2.3 Cơ cấu 6 khâu (Six bar linkage)
Cơ cấu 6 khâu là một hệ thống phẳng toàn khớp thấp, trong đó sơ đồ động học thể hiện mối quan hệ giữa các thành phần cơ khí Sơ đồ này mô tả cách 6 khâu được kết nối qua các khớp bản lề và tương tác để tạo ra chuyển động mong muốn Trong cơ cấu này, có nhiều loại khớp như khớp quay, khớp trượt và khớp cố định, nhưng trong trường hợp cơ bản nhất, tất cả đều được coi là khớp quay Các khâu liên kết với nhau qua các khớp, tạo thành chuỗi liên kết mà chuyển động của một khâu có thể ảnh hưởng đến các khâu khác.
Sơ đồ động học của cơ cấu 6 khâu bản lề thường bao gồm:
1 Khung: Đây là khâu cố định, thường được sử dụng làm điểm tham chiếu cho chuyển động của các khâu khác.
2 Thanh Quay: Thanh quay là khâu đầu vào, nhận chuyển động từ nguồn ngoại vi (ví dụ, động cơ) và truyền chuyển động đến các khâu khác.
3 Thanh Dẫn Động: Thanh dẫn động là khâu đầu ra, thực hiện chuyển động cuối cùng mà cơ cấu được thiết kế để tạo ra.
4 Các Thanh Trung Gian: Đây là các khâu nằm giữa thanh quay và thanh dẫn động, giúp truyền và biến đổi chuyển động từ đầu vào sang đầu ra.
5 Khớp: Các điểm kết nối giữa các khâu, cho phép chuyển động tương đối giữa chúng Trong cơ cấu 6 khâu, sẽ có ít nhất 7 khớp nếu tính cả khớp kết nối với khung.
-Động cơ: Giảm tốc 24V, bộ chỉnh tốc độ
- Ray trượt, block trượt MGN7C
Hình 4-19 Thiết kế 3D cơ cấu 5 khâu
- Tấm đế: Nhôm tấm A6061 300x250x8mm, khoan và taro các lỗ Giá thành rẻ, dễ gia công, độ bóng cao.
Hình 4-20 Tấm đế cơ cấu 5 khâu
Hình 4-23 Tấm tam giác khâu 3
- Hình ảnh thực tế gia công lắp ráp
Hình 4-28 Hình ảnh thực tế cơ cấu 5 khâu
Cơ cấu sin là một biến thể của cơ cấu tay quay con trượt, có chức năng chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại.
-Động cơ: Step nhỏ 5 pha
- Ray trượt, block trượt MGN7C
Hình 4-29 Thiết kế 3D cơ cấu sin
- Tấm đế: Nhôm tấm A6061 300x250x8mm, khoan và taro các lỗ Giá thành rẻ, dễ gia công, độ bóng cao.
Hình 4-33 Ảnh thực tế khâu 1
Hình 4-34 Ảnh thực tế gắn ray
Hình 4-36 Hộp đựng con trượt 3
Hình 4-38 Hộp đựng con trượt 4
- Hình ảnh thực tế gia công lắp ráp
Hình 4-41 Hình ảnh thực tế cơ cấu sin
4.2.5 Cơ cấu tay gắp (Gripper)
Tay gắp là thiết bị thiết yếu giúp robot cầm nắm và thao tác với các vật thể Khi kết hợp với cánh tay robot công nghiệp cộng tác, tay gắp hỗ trợ các nhà sản xuất tự động hóa quy trình sản xuất quan trọng, bao gồm kiểm tra, lắp ráp, chọn lựa và chăm sóc máy móc.
Các tay gắp trên cánh tay cobot hoạt động như bàn tay con người, kết hợp sức mạnh và sự khéo léo, mang lại tiềm năng lớn trong xử lý vật liệu Chúng có thể sắp xếp các thùng hàng lớn và di chuyển các linh kiện điện tử nhỏ Đặc biệt, cơ cấu gắp với 2 khớp tịnh tiến giúp kẹp những vật nặng với lực kẹp lớn và độ cứng vững cao, mặc dù khoảng cách tịnh tiến chỉ nhỏ.
- Ray trượt, block trượt MGN7C, MGN9C
Hình 4-42 Thiết kế 3D cơ cấu tay gắp
- Tấm đế: Nhôm tấm A6061 300x250x8mm, khoan và taro các lỗ Giá thành rẻ, dễ gia công, độ bóng cao.
Hình 4-43 Tấm đế tay gắp
Hình 4-49 Ảnh thực tế hộp đựng con trượt
Hình 4-51 Chốt trụ tay gắp
- Hình ảnh thực tế gia công lắp ráp
Hình 4-52 Ảnh thực tế cơ cấu tay gắp
Hình 4-53 Ảnh thực tế lắp khâu 1-2
4.2.6 Cơ cấu vẽ đường thân khai (Involute of a circle) Đường thân khai: là đường cong tạo bởi tập hợp các vết của một điểm trên đường thẳng khi cho đường thẳng đó lăn trượt trên một đường tròn.
Hình 4-54 Thiết kế 3D cơ cấu vẽ đường thân khai
Hình 4-55 Ảnh thực tế lắp ghép cơ cấu thân khai
- Tấm đế: Nhôm tấm A6061 300x250x8mm, khoan và taro các lỗ Giá thành rẻ, dễ gia công, độ bóng cao.
Hình 4-56 Tấm đế cơ cấu vẽ đường thân khai
Hình 4-58 Part gắn bút vẽ
Hình 4-59 Thiết kế 3D cơ cấu Oldham
- Ray trượt, block trượt MGN7C
- Tấm đế: Nhôm tấm A6061 300x250x8mm, khoan và taro các lỗ Giá thành rẻ, dễ gia công, độ bóng cao.
Hình 4-64 Hộp đựng con trượt
Hình 4-66 Part ghép 2 ray giả
- Hình ảnh sau khi gia công lắp đặt
Hình 4-68 Ảnh thực tế cơ cấu Oldham
4.2.8 Cơ cấu tay máy (Robot arm)
Cánh tay robot là thiết bị quan trọng trong quy trình sản xuất công nghiệp, được điều khiển bởi con người Với thiết kế linh hoạt và khả năng thao tác nhanh nhẹn, cánh tay robot mang lại độ chính xác cao và có thể hoàn thiện cả những chi tiết nhỏ nhất của sản phẩm.
Cánh tay robot với cơ chế khớp ngón linh hoạt như con người đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ những ưu điểm vượt trội.
Hình 4-69 Thiết kế 3D cơ cấu tay máy
-Vật liệu: Nhôm 6061, Inox 304, mica
-Động cơ: Step 5 pha, 2 pha
-Ổ bi: F688zz (có vành), MR83zz
Hình 4-70 Tấm đế tay máy
- Các tấm ghép hộp đựng Step
Hình 4-76 Các tấm ghép hộp đựng Step
Hình 4-77 Part gắn trục vitme
Hình 4-78 Thanh nối 2 tay máy
- Thanh kẹp phía trên (trái và phải)
Hình 4-79 Thanh kẹp trên trái
Hình 4-80 Thanh kẹp trên phải
- Thanh kẹp phía dưới (trái và phải)
Hình 4-81 Thanh kẹp dưới trái
Hình 4-82 Thanh kẹp dưới phải
- Hình ảnh sau khi gia công lắp đặt
Hình 4-86 Hình ảnh thực tế cơ cấu tay máy
4.2.9 Cơ cấu cụm bánh răng 1 (Gear drive)
Hình 4-87 Thiết kế 3D cụm bánh răng 1
-Vật liệu: Nhôm 6061, Inox 304, thép C45
-Động cơ: Step 28x28mm 5 pha
- Ray trượt, block trượt MGN7C
Hình 4-88 Tấm đế cụm bánh răng 1
- Tấm bích gắn motor DC 24V
Hình 4-89 Tấm bích gắn motor DC 24V
- Hộp trục vít – bánh vít
Hình 4-90 Hộp trục vít – bánh vít
- Trục gắn bánh răng côn xoắn
Hình 4-91 Trục gắn bánh răng côn xoắn
- Trục gắn trục vít – bánh vít
Hình 4-92 Trục gắn trục vít – bánh vít
Hình 4-93 Ảnh thực tế bánh răng cụm 1
Hình 4-94 Hộp bánh răng côn
Hình 4-95 Gối đỡ trục ổ bi
Hình 4-97 Bánh răng côn xoắn
Hình 4-98 Bánh răng côn thẳng
Hình 4-99 Trục vít – bánh vít
- Ăn khớp bánh răng thanh răng
Hình 4-100 Bánh răng thanh răng
- Part xoay chia độ bánh cóc
- Part gắn bi cầu đàn hồi
Hình 4-102 Part gắn bi cầu đàn hồi
- Part gắn gạt bánh cóc
Hình 4-103 Part gắn gạt bánh cóc
Hình 4-104 Càng gạt bánh cóc
Hình 4-106 Hình ảnh thực tế cơ cấu cụm bánh răng 1
4.2.10 Cơ cấu cụm bánh răng 2 (Planetary and helical gear)
Hình 4-107 Thiết kế 3D cơ cấu cụm bánh răng 2
-Vật liệu: Nhôm 6061, Inox 304, nhựa, thép C45
Hình 4-108 Tấm đế cụm bánh răng 2
- Part đỡ hệ vi sai
Hình 4-109 Part đỡ hệ vi sai
- Vòng đế cụm hành tinh
Hình 4-112 Vòng đế cụm hành tinh
- Cụm bánh răng hành tinh
Hình 4-113 Cụm bánh răng hành tinh
- Tấm bích đỡ bánh răng nghiêng
Hình 4-114 Tấm bích đỡ bánh răng nghiêng
- Trục gắn bánh răng nghiêng
Hình 4-115 Trục gắn bánh răng nghiêng
Hình 4-118 Hình ảnh thực tế cơ cấu cụm bánh răng 2
4.2.11 Cơ cấu cụm đai xích (Belt drive)
Hình 4-119 Thiết kế 3D cơ cấu cụm đai xích
-Vật liệu: Nhôm 6061, Inox 304, Sắt, thép C45
- Các loại dây đai với các kích thước phù hợp
Hình 4-120 Tấm đế đai xích
Hình 4-121 Puly căng đai răng
- Puly căng đai răng nhẵn
Hình 4-123 Puly căng đai răng nhẵn
- Trục gắn puly căng đai răng nhẵn
Hình 4-124 Trục gắn puly căng đai răng nhẵn
Hình 4-125 Hình ảnh thực tế cơ cấu cụm đai xích
MẠCH ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN
Các thiết bị điện
Hình 5-2 Mạch điều khiển Arduino UNO
Hình 5-5 Mạch điều chỉnh tốc độ DC 24V
Ảnh minh họa mạch điều khiển
Hình 5-7 Bảng lắp mạch điều khiển