Thiết kế hệ thống dẫn động cho robot hàn ống dẫn dầu khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ HOÀNG NGỌC ÂN THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO ROBOT HÀN ỐNG DẪN DẦU KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY NGƢỜI HƢỚNG DẪN PGS TS PHAN BÙI KHÔI HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tên : Lê Hoàng Ngọc Ân Nơi công tác: Công ty Dịch vụ Cơ Khí Hàng Hải PTSC M&C Tên đề tài: Thiết kế hệ thống dẫn động cho Robot hàn ống dẫn dầu – khí Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số: CB110016 Tôi cam đoan luận văn thực riêng cá nhân với hướng dẫn PGS.TS Phan Bùi Khôi, chưa công bố tài liệu Hà Nội, ngày 04 tháng 08 năm 2013 Ngƣời viết Lê Hoàng Ngọc Ân MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Robot công nghiệp: 1.1.1 Định nghĩa Robot công nghiệp: 1.1.2 Một số khái niệm Robot công nghiệp: 1.1.3 Phân loại Robot công nghiệp: 10 1.2 Giới thiệu Robot hàn: 13 1.2.1 Sơ lược Robot hàn: .13 1.2.2 Cấu trúc Robot hàn: 16 1.2.3 Ứng dụng Robot hàn: 22 1.3 Giới thiệu Robot hàn ống dẫn dầu khí PWR (Pipe Welding Robot): 24 1.3.1 Cấu trúc Robot PWR: 24 1.3.2 Hướng nghiên cứu luận văn Robot PWR: 30 CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT HÀN ỐNG DẪN DẦU KHÍ PWR .31 2.1 Cơ sở lý thuyết để phân tích chuyển động Robot PWR: 31 2.1.1 Cơ sở phân tích động học: 31 2.1.2 Cơ sở phân tích động lực học: 40 2.2 Phân tích động học Robot PWR: 45 2.2.1 Thiết lập hệ tọa độ cho khâu Robot : 45 2.2.2 Tính ma trận truyền Denarvit-Hartenberg: 50 2.2.3 Thiết lập phương trình động học Robot: 52 2.2.4 Phân tích động học Robot: .53 2.3 Phân tích động lực học Robot PWR: 59 2.3.1 Động Robot: 60 2.3.2 Thế Robot: 66 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO ROBOT HÀN ỐNG DẪN DẦU KHÍ PWR .68 3.1 Tính toán động học động lực học Robot PWR: 68 3.1.2 Tính toán động lực học: 78 3.2 Thiết kế động dẫn động hộp giảm tốc: 82 3.2.1 Tính công suất, chọn động cơ: .82 3.2.2 Lựa chọn hộp giảm tốc: 83 3.3 Thiết kế cấu truyền động: 84 3.3.1 Thiết kế truyền bánh răng: .84 3.3.2 Thiết kế truyền vít me-đai ốc: 87 KẾT LUẬN 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Khớp quay Hình 1.2 Khớp lăng trụ .6 Hình 1.3 Khớp trụ .6 Hình 1.4 Khớp ren Hình 1.5 Khớp cầu .7 Hình 1.6 K`hớp phẳng Hình 1.7 Khớp bánh Hình 1.8 Khớp cam phẳng Hình 1.9 Vùng làm việc Robot .9 Hình 1.10 Tay máy tọa độ trụ 10 Hình 1.11 Tay máy tọa độ cầu 10 Hình 1.12 Tay máy tọa độ góc 11 Hình 1.13 Tay máy khớp lề 11 Hình 1.14 Tay máy tọa độ Đềcác 12 Hình 1.15 Phân loại Robot hàn thông dụng 14 Hình 1.16 Robot hàn điểm 14 Hình 1.17 Robot hàn đường 15 Hình 1.18 Robot hàn 16 Hình 1.19 Bộ điều khiển 17 Hình 1.20 Mẫu cấu tạo Teach Pendant .18 Hình 1.21 Súng hàn 19 Hình 1.22 Nguồn điện cho hàn hồ quang 20 Hình 1.23 Bộ làm súng hàn .21 Hình 1.24 Bộ cấp dây hàn 21 Hình 1.25 Robot hàn nhà máy sản xuất xe 23 Hình 1.26 Một số loại Robot hàn ống .23 Hình 1.27 Mô hình Robot hàn ống dẫn dầu khí PWR .24 Hình 1.28 Cấu trúc khâu Robot .25 Hình 1.29 Giá đỡ Robot 26 Hình 1.30 Bánh xe ăn khớp mặt mặt ray dẫn 26 Hình 1.31 Ray dẫn 27 Hình 1.32 Khâu .27 Hình 1.33 Khâu .28 Hình 1.34 Khâu .29 Hình 2.1a Hệ tọa độ chuẩn 34 Hình 2.1b Quy tắc bàn tay phải .34 Hình 2.2 Xác định thông số theo phương pháp D-H 35 Hình 2.3 Cấu trúc khí Robot PWR 46 Hình 2.4 Cấu trúc động học Robot PWR 46 Hình 2.5 Hệ tọa độ Khâu 47 Hình 2.6 Hệ tọa độ khâu 48 Hình 2.7 Hệ tọa độ khâu 48 Hình 2.8 Hệ tọa độ khâu 49 Hình 2.9 Hệ tọa độ khâu 49 Hình 2.10 Sơ đồ động học Robot PWR 50 Hình 2.11 Sơ đồ Robot gắn đại lượng động lực học 59 Hình 3.1 Quỹ đạo chuyển động khâu thao tác 68 Hình 3.2 Vị trí điểm tác động cuối theo phương x .69 Hình 3.3 Vị trí điểm tác động cuối theo phương y .69 Hình 3.4 Vị trí điểm tác động cuối theo phương z .70 Hình 3.5 Vận tốc theo phương x .70 Hình 3.6 Vận tốc theo phương y .71 Hình 3.7 Vận tốc theo phương z .71 Hình 3.8 Gia tốc đầu hàn theo phương x 72 Hình 3.10 Gia tốc đầu hàn theo phương z .73 Hình 3.11 Góc mỏ hàn với đường cong hàn .74 HÌnh 3.12 Quỹ đạo đầu hàn 74 Hình 3.13 Quỹ đạo khâu 75 Hình 3.14 Quỹ đạo khâu 75 Hình 3.15 Quỹ đạo khâu 76 Hình 3.16 Quỹ đạo khâu 76 Hình 3.17 Vận tốc khâu 77 Hình 3.18 Vận tốc khâu 77 Hình 3.19 Gia tốc khâu 78 Hình 3.20 Momen động tác dụng lên khâu .79 Hình 3.21 Momen động tác dụng lên khâu .79 Hình 3.22 Momen động tác dụng lên khâu .80 Hình 3.23 Momen động tác dụng lên khâu .80 Hình 3.24 Sơ đồ đặt lực lên khâu Robot 81 Hình 3.25 Động dẫn động Robot HC-KFS23 83 Hình 3.26 Vị trí hộp giảm tốc gắn giá đỡ 83 Hình 3.27 Sơ đồ truyền động Trục vít - bánh vít .84 Hình 3.28 Sơ đồ lực tác dụng lên truyền bánh 85 Hình 3.29 Sơ đồ lực tác dụng lên truyền vít me-đai ốc khâu 88 Hình 3.30 Sơ đồ lực tác dụng lên truyền vít me-đai ốc khâu 90 LỜI MỞ ĐẦU Trong nghiệp công nghiệp hóa đại hóa đất nước, vấn đề tự động hóa sản xuất có vai trò đặc biệt quan trọng Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật Robot công nghiệp nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Sự cạnh tranh hàng hóa đặt vấn đề để hệ thống tự động hóa phải có tính linh hoạt cao nhằm đáp ứng với biến động thường xuyên thị trường hàng hóa Robot công nghiệp phận thiếu việc tạo hệ thống tự động hóa linh hoạt Gần nửa kỷ có mặt sản xuất, Robot công nghiệp có lịch sử phát triển hấp dẫn xuất phát từ ưu điểm loại Robot chọn lựa đúc kết lại qua nhiều hệ nhiều nước giới Quá trình góp phần không nhỏ vào việc tăng cường suất lao động, giảm giá thành, tăng chất lượng, đồng thời tạo điều kiện cải thiện môi trường làm việc người, đặc biệt số công việc có độ an toàn thấp, có tính độc hại cao Khi bắt đầu, việc sử dụng Robot hạn chế giá thành việc điều khiển với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, hạn chế dần khắc phục, Robot thể vai trò ngày lớn, ngày sử dụng phổ biến giới chất lượng suất đạt Có thể nói Robot hình ảnh thu nhỏ hệ thống thiết bị công nghiệp đại, sản phẩm tiêu biểu khoa học công nghệ Cơ điện tử, tích hợp liên ngành khí, điều khiển điện tử, công nghệ thông tin tạo chuyển biến chất với tư tổ chức công nghiệp sản xuất thân sản phẩm tạo Hiện nay, nhu cầu sử dụng Robot nước ta bắt đầu gia tăng sở sản xuất đủ khả trang bị cho sở vật chất đại Nhiều nơi sử dụng Robot thay cho sức lao động người, phần lớn Robot hàn lắp ráp Các viện trường đại học có nhiều nghiên cứu -1- thành công đủ khả chế tạo tay máy phục vụ cho công nghiệp Điều cho thấy xuất công nghiệp Robot tương lai Vì để tăng suất, tăng độ xác, nâng cao khả thi công chế tạo công trình ngành dầu khí nước ta việc nghiên cứu, ứng dụng đưa Robot vào sử dụng vấn đề cần thiết Với việc thân muốn tìm hiểu Robot hàn để áp dụng vào lĩnh vực công việc, thầy Phan Bùi Khôi giao hướng dẫn Robot hàn ống với đề tài “ Thiết kế hệ dẫn động cho Robot hàn ống dẫn dầu khí” Luận văn tập trung giới thiệu cấu trúc, phân tích chuyển động Robot nói trên, từ thiết kế hệ thống dẫn động mô hình dáng Robot dựa phần mềm hỗ trợ cần thiết Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phan Bùi Khôi Viện khí Viện đào tạo Sau Đại Học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ hoàn thành luận văn TÁC GIẢ -2- CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Robot công nghiệp: 1.1.1 Định nghĩa Robot công nghiệp: Ngày với phát triển không ngừng lĩnh vực khí, điện tử, tin học lĩnh vực điện tử phát triển coi trình đại hóa công nghiệp hóa đất nước Robot ngày cải tiến phát triển để đáp ứng nhu cầu tự động hóa sản xuất Mặc dù phạm vi ứng dụng Robot giới hạn, có thực tế hầu hết Robot dùng công nghiệp Chúng có đặc điểm riêng kết cấu, chức năng, thống hóa, thương mại hóa rộng rãi Lớp Robot gọi Robot công nghiệp Về hiểu Robot công nghiệp tay máy tự động linh hoạt thay phần toàn hoạt động bắp, bắt chước chức lao động công nghiệp người Ngoài ta điểm qua số định nghĩa sau: Định nghĩa theo Viện nghiên cứu Robot Mỹ: Robot tay máy vạn hoạt động theo chương trình tái lập trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết dụng cụ thiết bị chuyên dùng thông qua chương trình chuyển động thay đổi để hoàn thành nhiệm vụ khác Định nghĩa theo  OCT 25686-85 - Nga: Robot công nghiệp máy tự động đặt cố định di chuyển được, liên kết tay máy hệ thống điều khiển theo chương trình, tái lập trình để hoàn thành chức vận động điều khiển trình sản xuất Như nói tùy theo quan điểm nhìn vấn đề góc độ khác mà nhà nghiên cứu lĩnh vực Robot có định nghĩa khác Sự thống tất định nghĩa đặc điểm “điều khiển theo -3- Ta thiết lập sơ đồ cấu trúc có gắn đại lượng khối lượng để phân tích lực tác dụng lên khâu Robot hình vẽ bên dưới: Hình 3.24 Sơ đồ đặt lực lên khâu Robot Như theo sơ đồ đặt lực, ta xác định lực tác dụng lên khâu Robot sau: - Lực tác dụng F1 lên giá đỡ khâu có giá trị tổng trọng lực P1 + P2 + P3 + P4, điểm đặt lực ta chọn nằm tâm giá đỡ để thuận tiện cho việc tính toán - Lực tác dụng F2 lên dẫn hướng khâu có giá trị tổng trọng lực P3+P4, điểm đặt lực ta chọn nằm tâm đai ốc để thuận tiện cho việc tính toán - 81 - - Lực tác dụng F3 lên cổ trục khâu có giá trị trọng lực P4, điểm đặt lực ta chọn nằm tâm giá đỡ khâu để thuận tiện cho việc tính toán - Ngoài khâu phần đai ốc truyền vít me-đai ốc chịu lực tác dụng khối lượng toàn cấu kẹp đầu que hàn tác dụng lên Theo sơ đồ momen tác dụng lên khâu, ta thấy Mmax=92Nm, từ rút lực dẫn động cho Robot: F = M  92 = 1022 N rbd 0,09 3.2 Thiết kế động dẫn động hộp giảm tốc: 3.2.1 Tính công suất, chọn động cơ: Từ lực lớn ta tìm công suất máy công tác để kéo Robot: Wt = F.v = 1022.0,01 = 10,22 (w) Tính công suất động cơ: Pđc = pt  Với  = 1. 2. Ta chọn hộp giảm tốc theo hộp giảm tốc tiêu chuẩn máy hàn tự động gồm cấp tốc độ Cấp nhanh tỷ số truyền 40, cấp chậm tỷ số truyền 50 Hiệu suất truyền  =  = 0,3 Từ trục bánh vít cấp chậm ta sử dụng truyền bánh trụ để nối truyền  = 0,96 động dẫn xe Robot di chuyển: Với hiệu suất vây ta tính công suất động cơ: Pđc = pt  = 10,22 0,3.0,3.0,96 => Pđc ≈ 118(w)  lựa chọn động servo Mitsubishi HC-KFS23 với thông số kỹ thuật: + Nguồn cấp: 200V AC - 82 - + Công suất định mức: 0.2kW + Tốc độ định mức (Max): 3000(4500)vòng/phút + Momen định mức (Max): 100 Nm + Encoder 17-bit, độ phân giải 131.072 xung/vòng + Bộ điều khiển: MR-JS2-20A/MR-JS2-20B Hình 3.25 Động dẫn động Robot HC-KFS23 3.2.2 Lựa chọn hộp giảm tốc: + Cơ cấu Hộp giảm tốc trục vít – bánh vít cấp: Ở ta chọn hộp giảm tốc trục vít – bánh vít cấp chuyên dùng sử dụng máy hàn tự động Với tỷ số truyền 2000, phân bố tỷ số truyền cấp nhanh 40 tỷ số truyền cấp chậm 50 Vì hộp giảm tốc tiêu chuẩn ta không sâu tìm hiểu kích thước chi tiết mà tìm hiểu cấu truyền động hộp giảm tốc để xếp cho hợp lý Hộp giảm tốc trục vít bánh vít cấp Hình 3.26 Vị trí hộp giảm tốc gắn giá đỡ - 83 - Phân tích chuyển động: Cơ cấu bố trí trục vít cấp chậm bánh vít cấp nhanh, thứ tự truyền động sau: Hình 3.27 Sơ đồ truyền động Trục vít - bánh vít Động -> Trục vít -> Bánh vít -> Trục vít -> Bánh vít -> Bánh trụ ->Dẫn động ăn khớp với biên dạng côn ray dẫn Trong đó: Bánh vít trục vít lắp đồng trục Bánh vít bánh trụ lắp đồng trục 3.3 Thiết kế cấu truyền động: 3.3.1 Thiết kế truyền bánh răng: Ta xem biên dạng ray dẫn bánh ăn khớp, truyền sử dụng để dẫn động khâu truyền bánh trụ thẳng ăn khớp có sơ đồ đặt lực hình bên dưới: - 84 - Hình 3.28 Sơ đồ lực tác dụng lên truyền bánh Fn: Lực pháp tuyến ; Ft: Lực vòng ; Fr: Lực hướng tâm R: Bán kính ray dẫn ; r: Bán kính bánh dẫn động ; T1: momen xoắn - Lực vòng: Ft= F1max  1022 N - Lực pháp tuyến: Fn= Ft1 1022  =3006N cos  w 0,34 - Lực hướng tâm: Fr=Ft.tg∝w =1022.0,364=372N Trong ∝w góc ăn khớp mặt phẳng pháp, chọn ∝w=20° Với sơ đồ thông số lực tác dụng trên, ta thực bước tính toán cho truyền bánh sau: a Momen xoắn trục bánh dẫn T1=Ft.r=1022.90=91980 Nmm b Chọn vật liệu bánh dẫn bánh bị dẫn (biên dạng ray dẫn) thép 45Cr cải thiện Đối với bánh dẫn chọn độ rắn trung bình HB1=250, bánh bị dẫn HB2=228 Vật liệu có khả chạy rà tốt c Giới hạn mỏi tiếp xúc uốn bánh xác định sau:  OH lim  HB  70 =>  OH lim1  2.250  70  570 MPa  OH lim  2.228  70  526 MPa  OF lim  1, 75HB - 85 -  OF lim  1, 75.228  399MPa =>  OF lim1  1, 75.250  437,5 MPa d Ứng suất tiếp xúc cho phép: [ H ]   OH lim sH K HL Khi cải thiện sH=1,1, KHL hệ số tải trọng theo độ bền tiếp xúc, chọn =1 [ H ]  Do đó: 570  518,18MPa 1,1 [ H ]  526  478,18MPa 1,1 => Ứng suất tiếp xúc cho phép tính toán [ H ]  [ H ]  478,18MPa e Ứng suất uốn cho phép: [ F ]   OF lim sF K FL Chọn sF=1,75, , KFL hệ số tải trọng theo độ bền uốn, chọn =1 Ta có: [ F ]  437,5  250 MPa 1, 75 [ F ]  399  228MPa 1, 75 f Khoảng cách trục truyền bánh xác định theo công thức: aw  90(u  1) T1 K H   ba [ H ] u  90(7  1) 91980.1, 02  407mm 0, 4.430, 42.7 Với  ba  0, ; K H   1, 02 => chọn aw=460mm g Modun m=(0,01÷0,02)aw=4,6÷9,2mm Chọn m=5mm h Tổng số răng: z1+z2= Số bánh dẫn: z1= aw =184 m z1  z2 =23 u 1 =>z2=184-23=161 i Tỷ số truyền sau chọn số u= 161 =7 23 j Các thông số hình học chủ yếu truyền bánh răng: - Đường kính vòng chia: d1=z1m=23.5=115mm d2=z2m=161.5=805mm - 86 - -Đường kính vòng đỉnh: da1=d1+2m=125mm da2=d2+2m=815mm k Tính toán kiểm nghiệm giá trị ứng suất tiếp xúc: H  Z M Z H Z d1 2T1K HB K HV (u  1) 275.1, 76.0,96 2.91980.1, 02.1, 05(7  1)  bwu 115 30.7  H  350,5MPa   H   526 1.0,9.0,9.1.1, 02  395,1MPa điều kiện bền 1,1 tiếp xúc thỏa l Hệ số dạng răng: - Đối với bánh dẫn: YF1=3,47+ 13, 13,  3,47+ =4,04 z1 23 - Đối với bánh bị dẫn: YF2=3,47+ 13, 13, =3,47+ =3,55 z2 161 Đặc tính so sánh độ bền bánh (độ bền uốn): -Bánh dẫn:  F1   YF 250  61,88 4, 04 -Bánh bị dẫn:  F   YF 228  64, 22 3,55 m Ta kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn:  F1  2YF 2T1K F  K FV d w1bwm  2.3,55.91980.1,04.1, 25 115.30.5  F  49,1 MPa ≤ 228 MPa => Độ bền uốn thỏa 3.3.2 Thiết kế truyền vít me-đai ốc: Bộ truyền sử dụng cho khâu khâu truyền vít me – đai ốc, ta thực bước tính toán thiết kế sau: - 87 - * Khâu 2: Hình 3.29 Sơ đồ lực tác dụng lên truyền vít me-đai ốc khâu RA,RB: Phản lực ; F1,F2: Trọng lực khâu 2, khâu khâu ; T2: Momen xoắn Theo sơ đồ lực tác dụng , ta thấy truyền khâu chịu tác dụng thành phần lực sau: F1=m2.g=5.9,81=49,05 N F2=(m3+m4).g=(3+4).9,81=68,67 N T2 lấy theo đồ thị hình hình 3.21 có giá trị 10Nmm Với m2=5kg ; m3=3kg ; m4=4kg => Vì khâu chịu tác dụng lực không đáng kể nên ta lấy thông số lực tác dụng theo khâu để tính toán a Chọn vật liệu vít thép C45 , đai ốc gang chống ma sát nên áp suất cho phép chọn [p] = 7÷9 MPa b Ren hình thang, hệ số  h  0,5 c Chọn đai ốc nguyên nên  H  1,8 d Xác định đường kính vít theo điều kiện bền mòn - 88 - d2  F 1022 =6,72 (mm)   1,8.8.0.5 3,14.1,8.8.0.5 Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính ren d=12 mm, có bước ren ps=5 mm đường kính chọn e Chọn bước ren phụ thuộc vào điều kiện tự hãm    ' Đối với vít bôi trơn f’=0,1 Với bước ren cho bước ren lớn, điều kiện tự hãm khó đảm bảo, nhiên chọn giá trị bước ren lớn hiệu suất cao Tốt nên chọn bước ren ps=5 mm, d2=7 mm khả tự hãm cao hiệu suất vừa phải Chọn ren mối với z1=1 f Số vòng ren đai ốc: z F 1022  ≈2,3  d h[ p] 3,14.7.2,5.8 Với h   h ps  0,5.5  2,5 Chiền cao đai ốc: H=zps=2,3.5=11,5 (mm) Hệ số chiều cao ren   H  1, 64 nằm giới hạn (1,5÷2,5) cho phép d2 Bảng thông số: Đường kính ren d, (mm) 12 Bước ren ps,   arctgf (mm) 5,7  ps     d2    arctg  0,22 Hiệu suất tg qt  0,9 tg (   ') 0,07 g Hiệu suất truyền vít- đai ốc: qt  0,9 tg =0,07 tg (   ') h Kiểm tra độ bền vít đai ốc: - Momen xoắn vít: T  F d2 tg (   ')  9872 Nmm - Ứng suất tiếp tiết điện nguy hiểm vít:  T 32T   58,2 MPa W0  d - 89 - Đường kính ren d2, (mm) - Ứng suất pháp tiết diện nguy hiểm vít:  4F  26,57 MPa  d 22 Ưng suất tương đương:  td    3  104 MPa Với vật liệu vít thép C45, ta chọn giới hạn chảy σch=320 MPa, ứng suất cho phép (hệ số an toàn s=3): [ ]   ch s  106, MPa Điều kiện bền thỏa σtd=104 MPa < [σ]=106,7 MPa i Đường kính đai ốc: D1  4.1,3.F 4.1,3.1022  d2   122  13,33  [ k ] 3,14.50 => chọn D1=15mm * Khâu 4: Hình 3.30 Sơ đồ lực tác dụng lên truyền vít me-đai ốc khâu F3: Lực tác dụng lên đai ốc ; T3: Momen xoắn M3: Momen uốn khối lượng cấu đầu mỏ hàn tác dụng - 90 - Theo sơ đồ lực tác dụng , ta thấy truyền khâu chịu tác dụng thành phần lực sau: F3=(m4+mmh).g=4,5.9,81=44,145 N M3=mmh.g.l=0,5.9,81.10=49,05 Nmm T3 lấy theo đồ thị hình hình 3.23 có giá trị 40000Nmm Với m4=4kg ; mmh=0,5kg ; l=10mm => Tương tự khâu 2, khâu chịu lực tác dụng không đáng kể nên ta lấy thông số lực tác dụng theo khâu để tính toán a Chọn vật liệu vít thép C45 , đai ốc gang chống ma sát nên áp suất cho phép chọn [p] = 7÷9 MPa b Ren hình thang, hệ số  h  0,5 c Chọn đai ốc nguyên nên  H  1,8 d Xác định đường kính vít theo điều kiện bền mòn d2  F 1022 =6,72 (mm)   1,8.8.0.5 3,14.1,8.8.0.5 Theo tiêu chuẩn ta chọn đường kính ren d=12 mm, có bước ren ps=5 mm đường kính chọn e Chọn bước ren phụ thuộc vào điều kiện tự hãm    ' Đối với vít bôi trơn f’=0,1 Với bước ren cho bước ren lớn, điều kiện tự hãm khó đảm bảo, nhiên chọn giá trị bước ren lớn hiệu suất cao Tốt nên chọn bước ren ps=5 mm, d2=7 mm khả tự hãm cao hiệu suất vừa phải Chọn ren mối với z1=1 f Số vòng ren đai ốc: z F 1022  ≈2,3  d h[ p] 3,14.7.2,5.8 Với h   h ps  0,5.5  2,5 Chiền cao đai ốc: H=zps=2,3.5=11,5 (mm) Hệ số chiều cao ren   H  1, 64 nằm giới hạn (1,5÷2,5) cho phép d2 - 91 - Bảng thông số: Đường kính Bước ren d, ren ps,   arctgf (mm) (mm) 12 5,7  p    arctg  s    d2  0,22 Hiệu suất qt  0,9 tg tg (   ') 0,07 Đường kính ren d2, (mm) g Hiệu suất truyền vít- đai ốc: qt  0,9 tg =0,07 tg (   ') h Kiểm tra độ bền vít đai ốc: - Momen xoắn vít: T  F d2 tg (   ')  9872 Nmm - Ứng suất tiếp tiết điện nguy hiểm vít:  T 32T   58,2 MPa W0  d - Ứng suất pháp tiết diện nguy hiểm vít:  4F  26,57 MPa  d 22 Ưng suất tương đương:  td    3  104 MPa Với vật liệu vít thép C45, ta chọn giới hạn chảy σch=320 MPa, ứng suất cho phép (hệ số an toàn s=3): [ ]   ch s  106, MPa Điều kiện bền thỏa σtd=104 MPa < [σ]=106,7 MPa i Đường kính đai ốc: D1  4.1,3.F 4.1,3.1022  d2   122  13,33  [ k ] 3,14.50 - 92 - => chọn D1=15mm * Kết luận Chƣơng 3: - Tính toán toán động học động lực học cho Robot PWR thông số cụ thể, sử dụng Maple đưa biểu dồ quỹ đạo mũi hàn, vận tốc gia tốc khâu, momen tác dụng… - Lựa chọn động hộp giảm tốc dẫn động cho Robot thông qua thông số lực dẫn động lấy từ biểu đồ momen tác dụng lên khâu - Tính toán thiết kế chi tiết máy cho truyền dẫn động khâu Robot PWR - 93 - KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian học tập nghiên cứu nghiêm túc hướng dẫn tận tình thầy Phan Bùi Khôi tác giả hoàn thành nội dung với kết đạt sau: Đã đưa giải pháp công nghệ sử dụng Robot hàn di động để hàn đấu nối ống dẫn dầu khí, từ xây dựng mô hình Robot, cấu trúc động học Robot hàn di động nghành công nghiệp dầu khí Tìm hiểu sở lý thuyết động học để từ thiết lập hệ phương trình động học cho Robot hàn xây dựng thuật toán để tính toán động học Robot hàn di động công nghệ hàn đấu nối ống dẫn dầu khí Tìm hiểu sở lý thuyết động lực học, từ tính toán để tìm lực momen tác dụng lên khâu Robot Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cho khâu Robot PWR Tìm hiểu tính sử dụng phần mềm Autodesk Inventor xây dựng mô hình Robot, sử dụng phần mềm ngôn ngữ Maple để lập trình giải toán động học Robot hàn - 94 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Bùi Khôi: Bài giảng Mô hình hóa Robot hệ điện tử , Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2009 [2] Nguyễn Thiện Phúc: Robot công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [3] Đào Văn Hiệp: Kỹ thuật Robot, NXB Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2004 [4] Nguyễn Hữu Lộc: Thiết kế chi tiết máy - NXB Đại học quốc gia, Tp.HCM, 2003 [5] Tống Giang Nam: Thiết kế hệ thống dẫn động cho Robot hàn ống dẫn dầu khí, Luận văn Thạc sĩ, 2010 - 95 - ... KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CHO ROBOT HÀN ỐNG DẪN DẦU KHÍ PWR .68 3.1 Tính toán động học động lực học Robot PWR: 68 3.1.2 Tính toán động lực học: 78 3.2 Thiết kế động dẫn động. .. tạo, Robot hàn ống dạng Robot hàn ứng dụng rộng rãi, ví dụ hàn đoạn ống công nghệ, hàn bình, bồn có dạng hình trụ tròn, kết cấu ống lớn hàn ống chân đế giàn khoan.v.v Robot hàn ống kiểu Robot. .. động cho Robot hàn ống dẫn dầu khí” Luận văn tập trung giới thiệu cấu trúc, phân tích chuyển động Robot nói trên, từ thiết kế hệ thống dẫn động mô hình dáng Robot dựa phần mềm hỗ trợ cần thiết Xin