Tính toán hệ thống cấp phôi rung

Mục Lục Trang TÍNH TOÁN CƠ CẤU CẤP PHÔI RUNG ĐỘNG CÓ PHỄU TRÒN Yêu cầu: Thiết kế cấu cấp phôi rung có phễu tròn rãnh xoắn để cấp chi tiết sau với suất công nghệ 50 chi tiết/phút Năng suất công nghệ 50 chi tiết/phút Khối lượng riêng chi tiết 1,05 g/cm3 = 1050kg/ m3 Hệ số ma sát chi tiết phễu rung thép μ = 0.15 Tần số cưỡng phễu f cb = 50 Hz Modul đàn hồi thép làm lò xo E s = 2.1011 N/m Ứng suất uốn cho phép thép làm lò xo [σ u ]=700 N/m Modul đàn hồi cao su giảm chấn E c = 8.106 N/m Trang Tính suất cấp phôi phễu rung : Khối lượng chi tiết : Phễu rung phải cung cấp lượng phôi liên tục cho máy bảo đảm suât công nghệ (năng suất thực tế máy) suất yêu cầu phễu phải lớn suất công nghệ khoảng 1.3 lần Tốc độ vận chuyển chi tiết theo máng cấu cấp phôi rung động: Trong chọn thông số: l = 0,01 m chiều dài chi tiết theo phương chuyển động (đường kính chi tiết) K1 = 1,4 : hệ số tăng vận tốc để đảm bảo máy làm việc liên tục K2 : hệ số đặc trưng cho độ nhặt chi tiết đường vận chuyển K2 = mm l l + S tb Stb : Khe hở trung bình chi tiết Thông thường: S tb = 0,2d => Stb = 0,2.10 = l 10 ⇒ K2 = = = 0,833 l + S tb 10 + K3 = 0,333: hệ số chi tiết định hướng K3 = m = = 0,333 n - m: Số trạng thái định hướng : m = (chỉ lấy chi tiết có mặt đế lớn phía dưới) - n : Tất trạng thái chi tiết có máng : n = 3: ( chi tiết có trạng thái máng) Thông số hình học hệ thống phễu cấp phôi rung 2.1 Xác định thông số hình học phễu: - Hệ số ma sát chi tiết phôi thép phễu thép thực nghiệm : μ = 0,15 - Ta chọn góc nghiêng phễu cho chi tiết không bị trượt chưa có rung động : Trang β = 30 Thông thường chọn để đảm bảo chi tiết không tự di chuyển chưa có rung động - Tuỳ theo tính chất vật liệu suất cần thiết mà chọn chế độ làm việc R0 cho phù hợp: - Hệ số chế độ làm việc [2,Tr 41]: ≤ R0 ≤ : chế độ trượt ≤ R0 1,16 ≤ : chế độ trượt có bay nhẹ ≤ 1,16 R0 1,7 : chế độ trượt có bay nhẹ 1,71,7 - Ở chi tiết nhựa có nên ta chọn chế độ trượt với hệ số trượt R0 = ω = 2πf cb = 100π - Ta có : rad/s tần số góc dao động máng f cb = 50 hz - Với tần số dao động cưỡng : sử dụng lực kích nam châm điện nguồn AC có nắn dòng Ta có hệ số vận tốc chi tiết : K v = (0,18 0, 2)R o (1 − tgβ tg30 )[1 + (1 − ) ]=0,18.1(1 − )[1 + (1 − ) ] = 0,18 f cb R0 50 Góc nghiêng lò xo: Trang α = arctg R g.cosβ.K v 1.9,81.cos(30 ).0,18 + β = arctg + = 8,820 ≈ 90 v ct ω 0, 055.100π Theo đồ thị hình 6.11 [1] xác định bước xoắn đường kính phễu: t x β = 30 = 15 mm D= 200 mm với Dung lượng E phễu phải chứa số chi tiết đủ cho máng khoảng thời gian phận cấp liệu cho phễu dừng tmax =20 ph Số chi tiết có khả xếp thành lớp phễu: Trong : D = 10 mm : đường kính chi tiết L = 10 mm : chiều dài chi tiết (cũng đường kính chi tiết) n : số vòng chi tiết xếp lớp phễu : ta chọn : n = Số chi tiết có khả xếp lúc toàn chiều cao dung lượng phễu: Chiều cao phễu : Trong : hc = mm : chiều cao chi tiết nằm máng rung Δ : chiều cao dự phòng phễu chọn 30mm 2.2 Xác định biên độ rung động: Trên phễu rung có rãnh xoắn với góc nghiêng β, lò xo đặt nghiêng với phương thẳng đứng góc α Xét chi tiết di chuyển máng giống vật bị ném xiên Lực hút nam châm điện kéo máng xuống, lò xo chịu uốn chủ yếu, nam châm nhả lực đàn hồi lò xo ném vật lên với vận tốc ban đầu V0 hợp với phương di chuyển chi tiết máng góc (α - β) Khảo sát vị trí chi tiết hệ trục toạ độ hình sau: Trang Hình chuyển động chi tiết bị ném lên Hệ phương trình chuyển động chi tiết sau: gt y = V0 t − cos(α − β ) gt x=− sin(α − β ) Khảo sát giá trị y có: y , = V0 − gt cos(α − β ) y, = ⇒ t = ⇒ y max = V0 g cos(α − β ) V02 g cos(α − β ) (3.2) Do kết cấu máng để chi tiết không bay lên giá trị giới hạn h = mm (là chênh lệch chiều cao chi tiết nằm máng) Nên xác định giá trị vận tốc lớn theo điều kiện sau: Trang Đây điều kiện ràng buộc cho vận tốc làm việc máng Thời gian chi tiết bắt đầu bay lên khỏi mặt máng sau rơi xuống t Xét phương trình: gt cos(α − β ) = 2.V0 ⇒ t1 = 0, t = g cos(α − β ) y = V0 t − Để giảm lượng tiêu hao vô ích thời gian di chuyển chi tiết chu kỳ phải nhỏ chu kì T (tức giai đoạn chi tiết bay ta không cần kích rung cho phễu nhằm tiết kiệm lượng) 2.V0 2π ≤T = g cos(α − β ) ω A.ω 2π ⇒ ≤ g cos(α − β ) ω t= ⇒ A.ω ≤ π g cos(α − β ) ⇒ J ≤ π g cos(α − β ) J t = π g cos(α − β ) Đặt gia tốc tới hạn tiết kiệm lượng Với gia tốc dao động gia tốc Jt lượng chi tiết tiết kiệm khi: t2 = T T= Trong khi: 2π ϖ V0 = A.ω Suy ra: Trang A= g.π cos(α − β ) ϖ2 Với α = 90 , β = 30 , ω=100π rad/s Tính biên độ tối ưu mặt lượng Vận tốc tới hạn : Vậy vận tốc chi tiết di chuyển hệ thống hoạt động nhỏ vận tốc tới hạn (thỏa yêu cầu mặt tối ưu lượng) Biên độ tới hạn để chi tiết bắt đầu trượt phía trước máng dịch chuyển từ trái sang phải: Ta thấy biên độ hoạt động A = 0,311mm > nên đảm bảo chi tiết chuyển động lên 2.3 Xác định khối lượng phễu momen quán tính phễu rung : Sau tính toán thông số kích thước phễu ta thiết kế mô hình 3D phễu phần mềm solidworks mô hình sau : Trang Chọn mã vật liệu cho chi tiết thép 1023 Carbon Steel Sheet (SS) Trang Sau ta thông số phễu : khối lượng, tọa độ trọng tâm, mômen quán tính trọng tâm, mômen quán tính hệ trục tọa độ ta chọn Trang 10 2.4 Xác định thông số hình học đế: Tính kích thước hình học đế xuất phát từ điều kiện Trang 11 mt = 0,15 0,3 md m t = m pheu + mchitiet = 1,1 + 1000.0,00057 = 1,67kg mt : khối lượng lò xo : md : khối lượng lò xo mt 1,67 ⇒ md = = = 8,35kg 0,15 0,3 0, Từ công thức (49) ta xác định thể tích đế: m 8,35 Vd = d = = 1, 07.106 mm3 ρ 7,8.10−6 ρ : Khối lượng riêng vật liệu làm đế Với thép gang: ρ = 7,8.10-6 kg/mm3 Khi đế có dạng hình trụ : πDd2 ⇒ Vd = Hd Ta chọn thông số kích thước đế theo thể tích - = 34 mm: Chiều cao Đế - Dd = 200 mm : Đường kính đế Tính toàn thông số cho nhíp đàn hồi 3.1 Độ cứng lõ xo Để tiết kiệm lượng, cho phễu làm việc chế độ cộng hưởng, tức tần số dao động riêng hệ gần tần số dao động cưỡng bức: f r = (1,1 1,15)f cb = 1,1.50 = 55Hz Tần số dao động riêng fr hệ nhíp tính công thức: fr = Ks 2π m qd (2.48) Trang 12 Trong đó: Ks : độ cứng hệ nhíp mqd: khối lượng qui đổi hệ, xác định công thức: m qd = m t m d 1, 67.8,35 = = 1,39 m + m d 1, 67 + 8,35 Trong đó: mt = 1,67 kg : khối lượng nhíp md = 8,35 kg : khối lượng nhíp Độ cứng hệ nhíp xác định công thức fr = Ks 2π m qd ⇒ K s = (2πf r ) m qd = (2π.55) 1,39 = 165996,88 Nm 3.2 Thông số hình học lò xo Chiều dài lò xo : l = 135 mm Chiều rộng lò xo : b = 70 mm Mặc khác ta có : Ks = n 12EJ τxoan l3 Trong đó: n: số nhíp có hệ (chọn n=3) E: module đàn hồi nhíp Với thép lấy 2.1011 N/m2 J0: moment quán tính tiết diện nhíp Trang 13 J0 = Với nhíp dẹp: bh 12 τ xoan : Hệ số ảnh hưởng xoắn Có thể lấy ảnh hưởng xoắn trường hợp phễu rung tương đối nhỏ ⇒h= K s l3 165996,88.(135.10−3 )3 =3 = 2,13.10−3 m = 2,13 mm nEbτxoan 3.2.1011.70.10 −3.1 Kiểm nghiệm độ bền mỏi (uốn) nhíp : σu Giá trị σu tính phải nhỏ độ bền uốn cho phép [ σ u = 1,5 ] EhA ≤ [σ u ] l2 σu Với thép lò xo, gia công tôi, mài nhẵn cấp 7, [ ]= 700N/mm2 Biên độ dao động cho phép : ⇒A≤ l2 [σ u ] (135.10−3 ) 700.106 = = 19,96.10−3 m 1,5Eh 1,5.2.1011.2,13.10 −3 Theo tính toán biên độ dao động phễu rung : Kết thỏa điều kiện bền uốn lò xo giá trị biên cho phép lớn nhiều lần so với biên độ tính Trang 14 Tính nam châm điện 4.1 Tính lực kích rung: Lực Ps lực có ích cần thiết để làm cho nhíp rung động với biên độ A F = Ps KA Ps = s sin α λ K s = 165996,88 Nm Độ cứng hệ lò xo : A = 0,311.10−3 m Biên độ dao động : Hệ số động lực: λ= Ps = 1 (1 − ) Kv = 1 (1 − ) 0,182 = 0, 033 K s A 165996,88.0,311.10−3 = = 1564, 39N λ 0, 033 Trong thực tế, để kích rung cho phễu có nhiều phương án khác Trong đó, dùng nam châm điện đặt phễu tạo lực kích rung theo phương thẳng đứng Lực kích nam châm điện bằng: F= Ps 1564,39 = = 10000,32N sin α sin 90 4.1.1 Xác định tiết diện lõi thép nam châm điện Lực điện từ nam châm điện: F = 4.10 5.si B (2.73) Trang 15 Trong đó: si : tiết diện có ích lõi thép (m2) B = 0,8-1,2T : cảm ứng từ sinh cuộn dây (chọn B = T) F : lực điện từ Suy ra: si = F 4.10 5.B (2.74) Tiết diện thực tế cần thiết: st = si p (2.75) Trong đó: p = 0,8 : hệ số điền kín lõi ⇒ st = F 10000,32 = = 0, 031m 5 4.10 B p 4.10 0,8 Để đảm bảo tuổi thọ nam châm điện, chọn giá trị thực tế lớn giá trị tính toán: s t = 0,035m 4.1.2 Xác định thông số cuộn dây Công thức xác định từ thông qua lõi thép: θ = B.S Giả thiết bỏ qua điện áp rơi điện trở dây quấn, xem E ≈U Số vòng dây n xác định công thức: Trang 16 n= F F 10000,32 = = = 1287vòng 4, 44.f.θ 4, 44.f.B.S 4, 44.50.1.0, 035 4.1.3 Cường độ dòng điện qua cuộn dây cách điều chỉnh lực kích rung Công lực điện từ cho công thức : Trong đó: F: lực điện từ n: số vòng dây x: khe hở phần cảm phần ứng khoảng dịch chuyển phần ứng (mm) biên độ hoạt động phễu rung Trang 17 B: 0.8T cảm ứng từ dòng điện gây S: tiết diện lõi thép I : cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây Ta nhận thấy với giá trị x định F bị thay đổi (số lượng phôi thay đổi, phôi có kích thước chất liệu khác ) ta thay đổi I để đảm bảo phễu rung hoạt động với chế độ làm việc tốt mà hao phí lượng cung cấp giảm đến mức tối thiểu cách thay đổi I thông qua thay đổi tần số f Tính giảm chấn Để giảm chấn hiệu tần số dao động giảm chấn phải thấp tần số dao động cộng hưởng, đồng thời dao động cưỡng dao động giảm chấn ngược pha Theo lý thuyết dao động riêng giảm chấn ωgc có quan hệ với tần số cưỡng sau: ν cb 50 = = 35,36 hz 2 ⇒ ωgc = 2πν gc = 2π.35,36 = 222,17 rad/s ν gc = Từ ta tính kích thước giảm chấn quan công thức sau : ωgc = cgc ∑m = cgc m t + md ⇒ cgc = ωgc (m t + m d ) Nếu giảm chấn cao su : cgc = z EF h Trong : Z : số giảm chấn E: modun đàn hồi cao su : E = 8.106 (N/m2) Trang 18 h: độ cao giảm chấn (m) F : Tiết diện giảm chấn (m2) F= ⇒ π(D2 − d ) (D − d ) 4ωgc (m t + m d ) 4.222,17 (1,76 + 8,35) = = = 0, 02 m h zEπ 4.8.106 π Ta chọn : D = 0.08 m d = 0,075 m h= 0,04 m Trang 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO : [1] PGS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS.Trần Xuân Việt, TS.Nguyễn Trọng Doanh, Th.S Lưu Văn Nhang, “Tự động hóa trình sản xuất” , Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2001 [2] Võ Anh Huy, “Cơ sở lý thuyết tính toán máng rung”, Bài giảng môn tự động hoá trường đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh [3] Phan Công Bình, “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số kỹ thuật thiết bị cấp rung đến suất”, Luận văn thạc sĩ chuyên ngành công nghệ chế tạo máy, trường đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh 2009 Trang 20 [...]... Theo tính toán ở trên biên độ dao động của phễu rung là : Kết quả này thỏa điều kiện bền uốn của lò xo do giá trị biên bộ cho phép này lớn hơn nhiều lần so với biên độ tính được Trang 14 4 Tính nam châm điện 4.1 Tính lực kích rung: Lực Ps là lực có ích cần thiết để làm cho nhíp rung động với biên độ A F = Ps KA Ps = s sin α λ K s = 165996,88 Nm Độ cứng hệ lò xo : A = 0,311.10−3 m Biên độ dao động : Hệ. .. đế 3 Tính toàn thông số cho nhíp đàn hồi 3.1 Độ cứng lõ xo lá Để tiết kiệm năng lượng, cho phễu làm việc ở chế độ cộng hưởng, tức tần số dao động riêng của cơ hệ gần bằng tần số dao động cưỡng bức: f r = (1,1 1,15)f cb = 1,1.50 = 55Hz Tần số dao động riêng fr của hệ nhíp được tính bằng công thức: fr = 1 Ks 2π m qd (2.48) Trang 12 Trong đó: Ks : độ cứng của hệ nhíp mqd: khối lượng qui đổi của cơ hệ, ... xuất” , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2001 [2] Võ Anh Huy, “Cơ sở lý thuyết tính toán máng rung , Bài giảng môn tự động hoá trường đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh [3] Phan Công Bình, “Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật trong thiết bị cấp rung đến năng suất”, Luận văn thạc sĩ chuyên ngành công nghệ chế tạo máy, trường đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh 2009 Trang 20 ... nhận thấy với một giá trị x nhất định khi F bị thay đổi (số lượng phôi thay đổi, phôi có kích thước và chất liệu khác nhau ) ta có thể thay đổi I để đảm bảo phễu rung vẫn có thể hoạt động với cùng chế độ làm việc tốt nhất mà hao phí năng lượng cung cấp giảm đến mức tối thiểu bằng cách thay đổi I thông qua thay đổi tần số f 5 Tính giảm chấn Để giảm chấn hiệu quả thì tần số dao động của giảm chấn phải thấp... dẹp: bh 3 12 τ xoan : Hệ số ảnh hưởng xoắn Có thể lấy bằng 1 vì ảnh hưởng xoắn trong trường hợp phễu rung là tương đối nhỏ ⇒h= 3 K s l3 165996,88.(135.10−3 )3 =3 = 2,13.10−3 m = 2,13 mm nEbτxoan 3.2.1011.70.10 −3.1 Kiểm nghiệm độ bền mỏi (uốn) của nhíp : σu Giá trị σu tính phải nhỏ hơn độ bền uốn cho phép [ σ u = 1,5 ] EhA ≤ [σ u ] l2 σu Với thép lò xo, được gia công tôi, mài nhẵn cấp 7, 8 thì [ ]= 700N/mm2... kích rung Công của lực điện từ cho bởi công thức : Trong đó: F: lực điện từ n: số vòng dây x: khe hở phần cảm và phần ứng bằng khoảng dịch chuyển của phần ứng (mm) đây cũng chính là biên độ khi hoạt động của phễu rung Trang 17 B: 0.8T cảm ứng từ do dòng điện gây ra S: tiết diện lõi thép I : cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây Ta nhận thấy với một giá trị x nhất định khi F bị thay đổi (số lượng phôi. .. nhíp Độ cứng của hệ nhíp được xác định bằng công thức fr = 1 Ks 2π m qd ⇒ K s = (2πf r ) 2 m qd = (2π.55) 2 1,39 = 165996,88 Nm 3.2 Thông số hình học của lò xo lá Chiều dài lò xo lá : l = 135 mm Chiều rộng lò xo lá : b = 70 mm Mặc khác ta có : Ks = n 12EJ 0 τxoan l3 Trong đó: n: số nhíp có trong hệ (chọn n=3) E: module đàn hồi của nhíp Với thép có thể lấy 2.1011 N/m2 J0: moment quán tính của tiết diện... 1 T) F : lực điện từ Suy ra: si = F 4.10 5.B 2 (2.74) Tiết diện thực tế cần thiết: st = si p (2.75) Trong đó: p = 0,8 : hệ số điền kín lõi ⇒ st = F 10000,32 = = 0, 031m 2 5 2 5 2 4.10 B p 4.10 1 0,8 Để đảm bảo tuổi thọ của nam châm điện, chọn giá trị thực tế lớn hơn giá trị tính toán: s t = 0,035m 2 4.1.2 Xác định các thông số cuộn dây Công thức xác định từ thông qua lõi thép: θ = B.S Giả thiết bỏ... động cộng hưởng, đồng thời dao động cưỡng bức và dao động giảm chấn ngược pha nhau Theo lý thuyết về dao động riêng của giảm chấn ωgc có quan hệ với tần số cưỡng bức như sau: ν cb 50 = = 35,36 hz 2 2 ⇒ ωgc = 2πν gc = 2π.35,36 = 222,17 rad/s ν gc = Từ đây ta có thể tính được kích thước giảm chấn quan công thức sau : ωgc = cgc ∑m = cgc m t + md 2 ⇒ cgc = ωgc (m t + m d ) Nếu giảm chấn bằng cao su : cgc... động : Hệ số động lực: λ= Ps = 1 1 (1 − 2 ) 2 Kv = 1 1 2 (1 − ) 0,182 = 0, 033 K s A 165996,88.0,311.10−3 = = 1564, 39N λ 0, 033 Trong thực tế, để kích rung cho phễu có nhiều phương án khác nhau Trong đó, dùng nam châm điện đặt giữa phễu tạo ra lực kích rung theo phương thẳng đứng Lực kích của nam châm điện bằng: F= Ps 1564,39 = = 10000,32N sin α sin 90 4.1.1 Xác định tiết diện lõi thép nam châm điện ...TÍNH TOÁN CƠ CẤU CẤP PHÔI RUNG ĐỘNG CÓ PHỄU TRÒN Yêu cầu: Thiết kế cấu cấp phôi rung có phễu tròn rãnh xoắn để cấp chi tiết sau với suất công nghệ 50 chi tiết/phút Năng suất công nghệ 50... su giảm chấn E c = 8.106 N/m Trang Tính suất cấp phôi phễu rung : Khối lượng chi tiết : Phễu rung phải cung cấp lượng phôi liên tục cho máy bảo đảm suât công nghệ (năng suất thực tế máy) suất yêu... 3: ( chi tiết có trạng thái máng) Thông số hình học hệ thống phễu cấp phôi rung 2.1 Xác định thông số hình học phễu: - Hệ số ma sát chi tiết phôi thép phễu thép thực nghiệm : μ = 0,15 - Ta chọn