Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử

iv TÓM TT Cam c khí là mt thit bị đưc sử dng nhiu trong máy móc công nghiệp. Nó bin chuyn đng quay thành chuyn đng tịnh tin đ điu khin các c cu chp hành…Tuy nhiên, cam c khí có mt số nhưc đim là thiu linh hot, tốn nhiu thi gian đ thay đổi thông tin cam, làm mài mòn các chi tit máy… Nên ngày nay ngưi ta đã phát minh ra cam điện tử đ khắc phc nhưc đim trên ca cam c khí. Mô hình thí nghiệm cam điện tử, đưc thực hiện từ 09/2011 đn 02/2012 ti trưng đi học sư phm kỹ thuật Tp.HCM, là mt thit bị có nguyên lỦ hot đng giống như cam điện tử, đu dựa trên những thông tin cam c khí đ tính toán xây dựng b điu khin cho các c cu chp hành như đng c bước, trc vit me, đai ốc… đ to ra những chuyn đng tịnh tin giống cam c khí. Đồng thi, mô hình thí nghiệm cam điện tử cũng vẽ ra biên dng cam c khí. Từ đó, ta so sánh biên dng này với biên dng ca cam c khí đ kim tra sự chính xác ca chuyn đng tịnh tin do cam điện tử to ra so với cam c khí. ABSTRACT Mechanical Cam is a device, widely used in many different kinds of industrial mechanies. It is used to translate from circular to reciprocating (or sometimes oscillating) motion to operate…However, mechanical cam has numerous constraints such as lack of flexibility, wasted time to modify cam profiles, wear of mechanical components…So right now, people have invented the electronic cam to fix these constraints. Experimental model of electronic cam, made from 09/2011 to 02/2012 at University of Technical Education HCM City, can be seen as a device which is of the same operating principle as electronic cam. It also is based on the information cam to calculate, build control program for the actuators such as step motors, screw, screw nut…to creat the reciprocating motions. In addition, experimental model of v electronic cam also draws cam profile. Since then, I can compare this profile with profile of mechanical cam to check the accuracy of the reciprocating motion generated by experimental model of electronic cam than mechanical cam. vi MC LC TRANG TA QUYT ĐNH GIAO Đ TÀI Lụ LCH KHOA HC i LI CAM ĐOAN ii CM T iii TÓM TT iv MC LC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH viii DANH SÁCH CÁC BNG x Chng 1. TNG QUAN 1 1.1 Tng quan chung v lĩnh vc nghiên cứu 1 1.2. Mc tiêu, khách th đối tng nghiên cứu 8 1.3. Nhim v của đ tài và phm vi nghiên cứu 8 1.4. Phng pháp nghiên cứu 9 Chng 2. C S Lụ THUYT 10 2.1. C s thit k cam 10 2.2. C s thit k cam đin t 18 Chng 3. THIT K VÀ CH TO MỌ HÌNH CAM ĐIN T 26 3.1. Thit k s b các chi tit máy. 26 3.2. Tính toán thit k các chi tit máy 32 Chng 4. THIT K PHN ĐIU KHIN CHO CAM ĐIN T 35 4.1. Các vn đ cn gii quyt 35 4.2. Phơn tích vƠ đa ra gii pháp 36 4.3. Ni suy đng thẳng theo phng pháp DDA 37 4.4. Thit k phn cứng cho cam đin t 41 Chng 5. MÔ PHNG BẰNG MATLAB 47 5.1. Mô phng biên dng cam  trc phôi 49 5.2. Mô phng biên dng cam bƠn dao đòn cân 50 vii 5.3. Mô phng biên dng cam bƠn dao đứng 51 Chng 6. KT QU THC NGHIM 53 6.1. Gii thiu mô hình thí nghim cam đin t 53 6.2. Mô phng thc t 54 6.3. So sánh kt qu mô phng Matlab và kt qu mô phng thc t 60 Chng 7. KT LUN 62 7.1. Nhng kt qu đt đc 62 7.2. Hn ch của đ tƠi 62 7.3. Hng phát trin của đ tƠi 62 TÀI LIU THAM KHO 63 PH LC 64 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Thí nhiệm mô t nguyên lý hot đng ca cam 1 Hình 1.2 C cu cam c khí 1 Hình 1.3 Các c cu cam phẳng 2 Hình 1.4 Các loi cam không gian 2 Hình 1.5 Nguyên lý hot đng cam điện tử 3 Hình 1.6 Cu to cam điện tử 3 Hình 1.7 B điu khin CJW-NC[][]4 4 Hình 1.8 B điu khin Ultra η000 5 Hình 1.9 B điu khin SDSη000 và MDS5000 5 Hình 1.10 B điu khin FM 4η2 6 Hình 1.11 B điu khin XSEL – P/Q 7 Hình 2.1 S đồ bố trí cam đƿa 11 Hình 2.2 Các thông số c bn ca cam đƿa 11 Hình 2.3 Vị trí và các thông số c bn ca cam thùng 12 Hình 2.4 Các thông số c bn ca mãnh cam 13 Hình 2.5 S đồ chu trình làm việc ca hệ thống cam c khí 14 Hình 2.6 Hình vẽ cam  trc phôi 15 Hình 2.7 Hình vẽ cam bƠn dao đòn cân 16 Hình 2.8 Hình vẽ cam bƠn dao đng 17 Hình 2.9 Modul điu khiên PLC 20 Hình 2.10 Vi điu khin 21 Hình 2.11 Đng c servo 22 Hình 2.12 Đng c bước 23 Hình 2.13 Hệ thống điu khin servo 24 ix Hình 3.1 C cu bánh răng, thanh răng 26 Hình 3.2 Đng c tuyn tính 28 Hình 3.3 C cu trc vít me, đai ốc 29 Hình 3.4 Mô hình lắp ráp mô phỏng đng học 30 Hình 3.5 Mô phỏng nguyên lý hot đng ca mô hình thí nghiệm 31 Hình 3.6 Mô hình lắp ráp theo kích tước tính toán 34 Hình 4.1 S đồ mô hình thí nghiệm cam điện tử 35 Hình 4.2 Biên dng và chu trình làm việc ca cam 36 Hình 4.3 Ni suy tuyn tính 37 Hình 4.4 S đồ nguyên lý mch điu khin 42 Hình 4.5 Lưu đồ gii thuật cho b điu khin 43 Hình 4.6 Cu trúc Pic 1θF877A 44 Hình 4.7 S đồ chân ca Pic 16F877A 45 Hình 4.8 S đồ nguyên lý mch công sut 46 Hình 5.1 Giao diện mô phỏng biên dng cam đƿa 48 Hình 5.2 Biên dng và các thông số cam  trc phôi 49 Hình 5.3 Biên dng và các thông số cam bƠn dao đòn cân 51 Hình 5.4 Biên dng và các thông số cam bƠn dao đng 52 Hình 6.1 Bng điu khin 53 Hình 6.2 Mô phỏng thực nghiệm cam  trc phôi 55 Hình 6.3 Kt qu thực nghiệm cam  trc phôi 55 Hình 6.4 Mô phỏng thực nghiệm cam bàn dao đòn cân 57 Hình 6.5 Kt qu thực nghiệm cam bàn dao đòn cân 57 Hình 6.6 Mô phỏng thực nghiệm cam bàn dao đng 59 Hình 6.7 Kt qu thực nghiệm cam bàn dao đng 59 Hình 6.8 So sánh kt qu mô phỏng Matlab và thực t cam  trc phôi 60 Hình 6.9 So sánh kt qu mô phỏng Matlab và thực t cam bƠn dao đòn cân 60 Hình 6.10 So sánh kt qu mô phỏng Matlab và thực t cam bƠn dao đng 61 x DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Bng 2.1 Phiu điu chỉnh 14 Bng 2.2 Thông số cam  trc phôi 15 Bng 2.3 Thông số cam bƠn dao đòn cân 16 Bng 2.4 Thông số cam bƠn dao đng 17 Chương 1. Tổng quan 1 Hình 1.2 C cu cam c khí Chng 1 TNG QUAN 1.1 Tng quan chung v lĩnh vc nghiên cứu 1.1.1 Gii thiu Cam: Thí nghiệm đn gin: Hình 1.1 Thí nhiệm mô t nguyên lý hot đng ca cam. Dùng mt cơy vit chì và mt quyn sách đ làm thí nghiệm (hình1.1) Ta dựng quyn sách nghiêng mt góc so với mặt bƠn như hình vẽ và sử dng bút chì làm mt thanh trưt. Nu ta dịch chuyn quyn sách sang trái thì cây vit chì sẽ dịch chuyn đi lên. Bằng phưng pháp nƠy, ta đã chuyn đổi mt chuyn đng này thành mt chuyn đng khác bằng mt thit bị rt đn gin. Đơy lƠ nguyên lý hot đng c bn ca cam. 1.1.2 Đnh nghĩa c cu cam : Đnh nghĩa C cu cam lƠ c cu có khớp loi cao, thực hiện chuyn đng qua li ca khâu bị dẫn nh vƠo đặc tính hình học ca thành phần khớp cao trên khâu dẫn. Chương 1. Tổng quan 2 Phân loi C cu cam phẳng: các khâu chuyn đng trong mt mặt phẳng hay trong các mặt phẳng song song nhau Theo chuyn đng cam: cam quay, cam tịnh tin. Theo chuyn đng ca cần: lắc, tịnh tin, chuyn đng song phẳng. Theo dng đáy ca cần: bằng, nhọn, con lăn, biên dng bt kỳ. Hình 1.3 Các c cu cam phẳng C cu cam không gian: các khơu chuyn đng trong các mặt phẳng không song song. Hình 1.4 Các loi cam không gian Chương 1. Tổng quan 3 1.1.3. Cam đin t Chính vì sự thiu linh hot vƠ không đáp ng đưc yêu cầu trong sn xut hiện đi nên cam c khí ngƠy cƠng dần đưc thay th bằng thit bị điu khin bằng điện tử gọi là cam điện tử. Đnh nghĩa cam đin t: Cam điện tử là mt thit bị kỹ thuật đưc sử dng đ thực hiện chuyn đng qua li tưng tự như cam c khí. Ta chỉ cần nhập các thông số ca cam c khí vƠo b điu khin , b điu khin sẽ tự đng tính toán đ điu khin đng c bước, servo… đ to chuyn đng cho c cu vit me, đai ốc, bánh răng, thanh răng… Hình 1.6 Cu to cam điện tử Hình 1.5 Nguyên lý hot đng cam điện tử [...]... Tìm hi u v cách thi t k cam c khí từ đó tìm ra hướng nghiên c u cho hệ thống đi u khi n cam điện tử  Thi t k và ch t o mô hình c khí  Mô phỏng đ ng học mô hình thí nghiệm đ tìm ra hướng đi u khi n  Thi t k và thực hiện m ch đi u khi n cho mô hình thí nghiệm  Thi t k giao diện vẽ biên d ng cam bằng phần m m Matlab  Ki m tra k t qu đ t đư c qua ho t đ ng c a mô hình thí nghiệm  Nhận xét k t qu... đư c lo i bỏ 25 Chương 3 Thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử Ch ng 3 THI T K VÀ CH T O MỌ HÌNH THÍ NGHI M CAM ĐI N T 3.1 Thi t k s b các chi ti t máy Các ph Ph ng án thi t k ng án 1: Dùng c c u bánh răng, thanh răng Nguyên lý: Gồm bánh răng tr thẳng ăn khớp với thanh răng thẳng Thanh răng và bánh răng đư c dùng đ bi n chuy n đ ng quay thành chuy n đ ng tịnh ti n Hình 3.1 C c u bánh răng,... giống như cam bằng cách dựa vào các dữ liệu cam có sẵn Việt Nam, các đ tài nghiên c u v cam điện tử chưa thật sự nhi u Chính vì vậy, tôi xin chọn đ tài nghiên c u nƠy đ tìm hi u và gi i mã công nghệ thi t k b đi u khi n cam điện tử trên th giới và từ đó ng d ng nó vào trong thực tiễn, s n xu t 1.2 M c tiêu, khách th đối t ng nghiên cứu M c đích c a luận văn: Đ gi m th i gian thay đổi biên d ng cam M c... ng cong cam diện tử, với hướng nghiên c u là t o ra m t phư ng pháp đi u khi n các lo i máy cắt vật liệu, đóng gói… mà 7 Chương 1 Tổng quan chu kỳ chuy n đ ng đư c xác định c th bằng cách sử d ng đ ng c servo t o ra những chuy n đ ng giống như chuy n đ ng cam c khí t o ra  Ikuo Nagamatsu et al.,2002[12]: Thi t bị cam điện tử vƠ phư ng pháp chuẩn bị dữ liệu cam trong cam điện tử, với hướng nghiên c... Gi i h n của đ tài:  Mô hình thí nghiệm chỉ đư c dùng đ mô phỏng chuy n đ ng do cam đƿa t o ra  Đ có số liệu nhập vào b đi u khi n thì cần ph i chuẩn bị trước các thông số c a cam c khí đang kh o sát như phi u đi u chỉnh, chu trình làm việc… 1.4 Ph ng pháp nghiên cứu Dựa vƠo c s lỦ thuy t đi u chỉnh máy tự đ ng, ta nghiên c u cách thi t k cam c khí, tìm hi u các thông số c a cam c khí Từ đó, ta ti... trên mô hình thí nghiệm cam điện tử và so sánh k t qu đ t đư c với l i k t qu mô phỏng bằng Matlab đ ki m tra đ chính xác c a b đi u khi n đư c thi t k 9 Chương 2 Cơ sở lý thuyết Ch C S ng 2 LÝ THUY T 2.1 C s thi t k cam ( Nguồn: Theo Dư ng Bình Nam, 2006) 2.1.1 Thi t k cam đĩa Biên d ng cam đƿa đư c vẽ dựa theo các số liệu đã đư c xác định phi u đi u chỉnh, chu trình làm việc Những đư ng cong c a cam. .. ngoƠi n c v cam đi n t Trên th giới, cam điện tử đã đư c nghiên c u từ lơu vƠ đư c ng d ng r t nhi u trong công nghiệp C s đ thi t k các cam điện tử nƠy lƠ đ u dựa vào các thông số c b n c a cam như biên d ng cam, góc quay c a tr c phơn phối và kho ng nơng cam đ thi t k ra m t b đi u khi n cho các đ ng c ví d như đ ng c bước, servo, DC….Những đ ng c nƠy sẽ t o ra những chuy n đ ng giống như cam c khí... 0 1 5 0 1 4 0 1 2 0 1 3 0 Hình 2.8 Hình vẽ cam bƠn dao đ ng 17 Chương 2 Cơ sở lý thuyết 2.2.C s thi t k cam đi n t Từ những c s lý thuy t v cách thi t k cam c khí đã trình bày phần trên, ta dựa vào những thông số cam c khí như: th i gian tr c công tác (tr c phơn phối) quay h t m t vòng, đư ng cong cam, góc quay cam, kho ng dịch chuy n đ đi tìm những thông số cho cam điện tử như vận tốc di chuy n c... (http://www.intelligentactuator.com/pdf/XSEL_PQ_Electronic _Cam- CJ01521A.pdf) Ngoài ra trên th giới cũng có r t nhi u công trình nghiên c u v cam điện tử và những công trình nghiên c u nƠy lƠ c s đ thi t k các b đi u khi n như đã giới thiệu phần trên  Dean H Kim et al.,2000 [9] : Tăng hiệu su t hệ thống truy n đ ng điện, th y khí cho chuy n đ ng c a cam điện tử bằng thi t k hệ thống đi u khi n số cho hệ thống điện, th y khí servo  Andrzej... quay thông d ng Tuy nhiên chúng đư c thi t k đ t o nên truy n đ ng tịnh ti n, truy n đ ng thẳng m t cách trực ti p mà không ph i thông qua b t c 1 hệ thống ph nào 27 Chương 3 Thiết kế và chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử Hình 3.2 Đ ng c tuy n tính u điểm: + Đ ng c có k t c u đ n gi n, dễ ch t o + Không cần c c u c khí đổi từ chuy n đ ng quay sang tịnh ti n + Có đ tin cậy vƠ chính xác cao, đ n . 3.6 Mô hình lắp ráp theo kích tước tính toán 34 Hình 4.1 S đồ mô hình thí nghiệm cam điện tử 35 Hình 4.2 Biên dng và chu trình làm việc ca cam 36 Hình 4.3 Ni suy tuyn tính 37 Hình. 53 Hình 6.2 Mô phỏng thực nghiệm cam  trc phôi 55 Hình 6.3 Kt qu thực nghiệm cam  trc phôi 55 Hình 6.4 Mô phỏng thực nghiệm cam bàn dao đòn cân 57 Hình 6.5 Kt qu thực nghiệm cam. SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Thí nhiệm mô t nguyên lý hot đng ca cam 1 Hình 1.2 C cu cam c khí 1 Hình 1.3 Các c cu cam phẳng 2 Hình 1.4 Các loi cam không gian 2 Hình 1.5