Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tạo mẫu nhanh trong xây dựng

-1- Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỒNG NGUYÊN NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TẠO MẪU NHANH TRONG XÂY DỰNG Chuyên ngành : Cơ khí chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2007 -2- CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm -3- ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN Ngày, tháng, năm sinh : 10 – 02 – 1974 Giới tính : Nam ×/ Nữ Nơi sinh : Qủang Ngãi Chuyên ngành :Cơ khí Chế tạo máy Khoá (Năm trúng tuyển) : 2003 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TẠO MẪU NHANH TRONG XÂY DỰNG 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu cơng nghệ tạo mẫu nhanh (RP) & công nghệ Contour Crafting (CC) - Thiết kế & chế tạo mơ hình - Đánh giá thực nghiệm sản phẩm - Kết đạt 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 7/ 12/ 2006 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 7/ 7/ 2007 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) -4- Luận văn Thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Trước tiên Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy PGS.TS Đặng Văn Nghìn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ Em trình thực Luận văn Thạc só Nhân Em xin gửi lời cảm ơn đến: Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Q Thầy, Cô Khoa Cơ khí Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Q Thầy, Cô Phòng Quản lý Sau Đại Học Trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể đồng nghiệp, bạn bè gia đình giúp đỡ Em suốt trình thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2007 Nguyễn Hồng Nguyên GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUN TÓM TẮT LUẬN VĂN -5- Luận văn Thạc só TÓM TẮT LUẬN VĂN Ngày nay, việc sản xuất sản phẩm nhanh rẻ chìa khoá dẫn đến thành công kinh tế cạnh tranh Để thực điều thời gian đưa thị trường phải rút ngắn Những công nghệ tạo mẫu nhanh (RP) hổ trợ trình công nghệ tiên tiến có đầy triển vọng tương lai Như biết công nghệ tạo mẫu nhanh ứng dụng hiệu ngành công nghiệp, y khoa v.v… Nhưng ứng dụng ngành xây dựng phải nói thật mẻ bước đột phá công nghệ tạo mẫu nhanh Luận văn tốt nghiệp em là: “Nghiên cứu, Thiết kế & Chế tạo mô hình hệ thống máy tạo mẫu nhanh xây dựng” Nội dung luận văn trình bày chương Chương 1: Tổng quan công nghệ tạo mẫu nhanh & công nghệ Countour Crafting (CC) xây dựng Trong chương trình bày khái niệm, lịch sử phát triển, tiến trình , ứng dụng v.v… công nghệ tạo mẫu nhanh Và công nghệ countour crafting (cc) giới thiệu với ứng dụng máy tạo mẫu nhanh xây dựng Trình bày tính cấp thiết đề tài mục đích nghiên cứu, nội dung nghiên cứu phương pháp nghiên cứu đề tài Chương Cơ sở lý thuyết công nghệ Countour Crafting (CC) xây dựng Trong chương trình bày nguyên lý tạo hình xây dựng công nghệ CC, tiến trình mối quan hệ thành phần thực thi hệ thống công nghệ CC, tính chất nguyên vật liêu sử dụng cho công nghệ CC xây dựng, thành phần máy CC v.v… Các phương án thiết kế máy đùn vật liệu theo countour phục vụ cho trình tự động hóa xây dựng đề cập GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH:NGUYỄN HỒNG NGUYÊN TÓM TẮT LUẬN VĂN -6- Luận văn Thạc só Chương Thiết kế chế tạo mô hình máy đùn vật liệu theo contour Trong chương trình bày kết cấu khí gồm ba trục chuyển động tịnh tiến dẫn động ba động DC servo có giảm tốc thông qua hệ thống vitme đai ốc bi rãnh trượt dẫn hướng, hệ thống đùn vật liệu thiết kế dạng vít đùn để đùn liên tục dẫn động động DC servo có giảm tốc hệ thống tải vật liệu đất sét Kết thực việc thiết kế chế tạo mô hình Chương Thực nghiệm tạo hình sản phẩm mẫu Trong chương trình bày công tác chuan bị để chạy sản phẩm thực gồm countour thẳng, tròn Đánh giá nhận xét kết Chương Đánh giá kết thực đề tài phương hướng phát triển Trên đđâyđlà phần tóm tắt luận văn em thực đề tài: “Nghiên cứu, Thiết kế & Chế tạo mô hình hệ thống tạo mẫu nhanh xây dựng” Để cụ thể vào phần trình bày nội dung GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH:NGUYỄN HỒNG NGUYÊN MỤC LỤC -7- Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANH & CÔNG NGHỆ COUNTOUR CRAFTING (CC) TRONG XÂY DỰNG 1.1 Lời mở ñaàu 12 1.2 Giới thiệu tạo mẫu nhanh – RP (Rapid Prototyping) 13 1.2.1 Khái niệm tạo mẫu nhanh 13 1.2.2 Lịch sử phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh 14 1.2.3 Tiến trình tạo mẫu nhanh 14 1.2.4 Những kó thuật tạo mẫu nhanh hieän 16 1.2.5 Tầm quan trọng công nghệ tạo mẫu nhanh 22 1.2.6 Sự phát triển công nghệ tạo mẫu nhanh 22 1.2.7 So sánh với công nghệ truyền thống 23 1.2.8 Ứng dụng tiến trình tạo mẫu nhanh 23 1.3 Giới thiệu chung công nghệ Contour Crafting – CC máy tạo mẫu nhanh xây dựng 26 1.3.1 Giới thiệu chung 26 1.3.2 Những ưu điểm công nghệ CC xây dựng tính khả thi 29 1.3.3 Ứng dụng công nghệ CC 32 Tính cấp thiết đề tài 36 1.5 Nội dung mục đích nghiên cứu 36 1.6 Phạm vi thực 37 1.7 Phương pháp nghiên cứu giải vấn đề 37 GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN MỤC LỤC -8- Luận văn Thạc sĩ CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ COUNTOUR CRAFTING (CC) TRONG XÂY DỰNG 2.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ countour crafting (CC) 40 2.1.1 Nguyên lý tạo hình xây dựng công nghệ CC 40 2.1.2 Tiến trình công nghệ mối quan hệ thành phần thực thi hệ thống công nghệ CC 42 2.2 Thiết bị vật liệu công nghệ CC 43 2.2.1 Caùc thành phần thiết bị máy CC 43 2.2.2 Thiết bị 44 2.2.3 Vật liệu sử dụng công nghệ CC 46 2.3 Một số mô hình thiết bị thiết kế chế tạo thử nghiệm phục vụ công nghệ CC 49 2.4 Các phương án thiết kế máy đùn vật liệu theo countour phục vụ cho trình tự động hóa xây dựng Ưu nhược điểm 51 2.5 Lựa chọn phương án thiết kế máy đùn vật liệu xây dựng theo conutour 56 2.6 Những yêu cầu kỹ thuật máy đùn theo countour sử dụng công nghệ CC 57 2.7 Kết luận 59 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY ĐÙN VẬT LIỆU THEO CONTOUR 3.1 Ba trục chuyển động tịnh tiến 62 3.1.1 Truïc X 62 GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN MỤC LỤC -9- Luận văn Thạc sĩ 3.1.2 Truïc Y 67 3.1.3 Truïc Z 70 3.1.4 Các thông số trục tịnh tiến tính toán động học 74 3.2 Hệ thống đùn 76 3.2.1 Động đồ gá động cô 77 3.2.2 Phểu chứa vật liệu 78 3.2.3 Truïc vít tải nối trục 78 3.2.4 Đầu khỏi phểu chứa liệu 79 3.2.5 Ống nối mềm 79 3.2.6 Ống gắn vào trục Z 80 3.2.7 Đầu 80 3.3 Khung giaøn 81 3.3.1 Chân máy 81 3.3.2 Hệ thống chứa phểu vật liệu 81 3.4 Hệ thống điều khiển cho máy quét tự động theo contour 85 3.5 Toàn hệ thống 86 3.6 Kết luận 86 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM TẠO HÌNH SẢN PHẨM MẪU 4.1 Công tác chuẩn bị vật liệu thiết bị 88 4.1.1 Chuẩn bị vật liệu 4.1.2 Chuẩn bị maùy 4.2 Thử nghiệm vật liệu 88 4.3 Thử nghiệm chiều dày bề rộng lớp tạo hình 89 4.4 Thử nghiệm đường tạo hình sản phẩm 90 GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN MỤC LỤC - 10 - Luận văn Thạc sĩ 4.5 Tiến trình tạo mẫu sản phẩm 92 4.5.1 Mẫu hình học thứ 92 4.5.1.1 Tiến trình tạo mẫu 4.5.1.2 Kết 4.5.1.3 Đánh giá nhận xét kết 4.5.2 Mẫu hình học thứ hai 93 4.5.2.1 Tiến trình tạo mẫu 4.5.2.2 Kết 4.5.2.3 Đánh giá nhận xét kết 4.5.3 Mẫu hình học thứ ba 95 4.5.3.1 Tieán trình tạo mẫu 4.5.3.2 Kết 4.5.3.3 Đánh giá nhận xét kết 4.6 Một số sản phẩm khác máy tạo 96 4.7 Kết luận chung 98 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI & PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết thực đề tài 100 5.2 Phương hướng phát triển đề tài 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 PHUÏ LUÏC 103 GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUN PHỤ LỤC - 122 - Luận văn Thạc só Vì tải trọng nhỏ độ xác không yêu cầu cao nên theo catalog hãng HIWIN, chọn sống trượt loại: MGN R15 R670 E C M có khả tải tónh Co = 570 (kgf), khả tải động C = 470 (kgf), Mz = 4,6 (kgfm), Mx = 2,2 (kgfm), My = 2,2 (kgfm), chiều dài sống trượt 670 (mm), có trượt chạy sống trượt, sử dụng sống trượt 4.4.1.a Kiểm nghiệm momemt: Theo phương Z , trục Y chụi tải trọng phân bố thân trọng lượng cụm trục Z đất sét đầu Mặt khác, tâm trọng lực trục Z đất sét đầu lệch với tâm trục Y đoạn L = 80 mm, tạo momemt Mx Do : Mz = (7 + 1,1)x670 + (10,33 + 5,5 + 3)x 670 [4-86] = 11735,05 (kgfmm) =11,735 (kgfm) > [Mz] Mx = (7 + 1,1)x80 = 648 (Nmm) = 0,648 (Nm) > [Mx] [4-87] My = Vì Mz > [Mz], Mx > [Mx] nên chọn lại sống trượt có khả chụi tải lớn Chúng em chọn sống trượt loaïi HGW 15 C A E R640 E Z0 C I, có khả tải tónh Co = 25,31 (kN), khả tải động C = 11,38 (kN), Mz = 0,17 (kNm), Mx = 0,15 (kNm), My = 0,15 (kNm), chiều dài sống trượt 640 (mm), có trượt chạy sống trượt, sử dụng sống trượt 4.4.1.b Kiểm nghiệm tuổi thọ: Tuổi thọ sống trượt tính theo công thức: C    x50 x10 P Lh =   = Vx60  11,38    x50 x10 , 059   = 41363,5 > 10000 250 x60 [4-88] Như tuổi thọ sống trượt thỏa 4.4.2 Tính toán chọn vitme: : 4.4.2.a Xác định sơ đường kính d1 vitme bi theo độ bền kéo Vật liệu vitme thép 4140 (AISI) có giới hạn chảy σch = 655 (MPa) GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 123 - Luận văn Thạc só Đường kính d1 xác định theo công thức sau: x1,3 xFa πx[σ K ] d1 ≥ [4-89] Với: [σK] = σch/3 = 655/3 = 218,3 (MPa) Fa: lực dọc trục Fa = Ps = 108 (kgf) = 1020,24 (N) Bỏ qua masát lăn sống trượt bé [4-90] x1,3 x1020,24 = 7,7 (mm) πx 218,3 d1 ≥ Lấy d1 = 10 (mm) 4.4.2.b Chọn thông số truyền • Đường kính bi: db = (0,08 ÷ 0,15)d1 = (0,08 ÷ 0,15)10 = 0,8 ữ 1.5 Choùn db = (mm) [4-91] ã Bước vit: p = db + (1 ÷ 5) = + (1 ÷ 5) = ÷ 13 Chọn p = 10 (mm) [4-92] • Bán kính rãnh lăn r1 = 0,52 (mm) • Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi:   c =  r1 − db  8   cos β =  0,52 −  cos 45° = -2,46 (mm) 2 2  [4-93] với β = 45o : góc tiếp xúc • Đường kính vòng tròn qua tâm bi: Dtb = d1 + 2x(r1 – c) = 10 + 2x[(0,52 – (- 2,46)] = 15,96 (mm) [4-94] • Đường kính đai ốc: D1 = Dtb + 2x(r1 – c) = 15,96 + 2x[0,52 –(- 2,96)] = 21,92 (mm) [4-95] • Chiều sâu profile ren: h1 = (0,3 ÷ 0,35)xdb = (0,3 ÷ 0,35)x8 = 2,4 ÷ 2,8 (mm) [4-96] Chọn h1 = 2,5 (mm) • Đường kính vít: d = d1 + 2h1 = 10 + 2x2,5 = 15 (mm) [4-97] • Đường kính đai ốc: D = D1 + 2xh1 = 21,92 + 2x2,5 = 26,92 (mm) GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN [4-98] HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 124 - • Góc vít: γ = arctg Luận văn Thạc só p 10 = arctg = 11,28o πxDtb πx15,96 [4-99] • Số vòng ren làm việc: K = (vòng) • Số bi vòng ren làm việc: Zb = πxDtb xK db −1 = πx15,96 x − = 11,53 [4-100] Chọn Zb = 12 (bi) • Khe hở hướng tâm: ∆ = 0,03 ÷ 0,12 (mm) Chọn ∆ = 0.1 (mm) • Khe hở tương đối: χ = 0,1 ∆ = = 0,01 (mm) d1 10 [4-101] • Góc ma sát lăn thay thế: ϕ1 = arctg xf t x0,005 = 0,08o = arctg d1 x sin β 10 x sin 45° [4-102] Với: ft = 0,005 hệ số ma sát lăn thay • Hiệu suất truyền tgγ tg11,28° η= = = 0,99% tg (γ + ϕ1 ) tg (11,28 + 0,08)° [4-103] 4.4.2.c Kiểm nghiệm độ bền Tải trọng riêng dọc trục qa = Fa 1020,24 = 1,66 (MPa) = Z b xdb xλ 12 x82 x0,8 [4-104] λ = 0,8 : hệ số phân bố tải trọng không cho viên bi Từ qa = 1,66 MPa χ = 0,01 ta xác định σmax = 1600 (MPa) Như thoả mãn điều kiện σmax ≤ [σmax] = 5000 (MPa) (bề mặt làm việc đai ốc vit đạt độ rắn HRC ≥ 53 bi HRC ≥ 63) 4.4.2.d Chọn vitme đai ốc bi theo catalog Theo catalog hãng HIWIN Chọn loại vitme: 400-R15-10B1-FSW-489571-0,018, chiều dài phần cắt ren : 489 (mm), chiều dài toàn bộ: 571 (mm), khả tải động C = 460 (kgf), khả tải tónh Co = 645 (kgf), bước vitme p = 10 (mm) Đường kính bi db = 4,763 mm, đường kính trục vitme d1 = 15 (mm), đường kính vòng tròn qua taâm bi Dtb = d1 + db = 15 + 4,763 = 19,763 (mm) , đường kính lắp ổ lăn laø dA = 12 (mm), dB = 10 (mm) GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 125 - Luận văn Thạc só γ = arctg p 10 = arctg = 9,15o πxDtb πx19,763 [4-105] ϕ1 = arctg xf t x0,005 = 0,05o = arctg d1 x sin β 15 x sin 45° [4-106] Momen xoắn tác dụng lên trục vitme xác định sau: F xD xtg (γ + ϕt ) 1020,24 x19,763 xtg (9,15 + 0,05)o T = a tb = 2 [4-107] = 1632,85 (Nmm) 4.4.3 Tính toán chọn ổ lăn Theo kết cấu mà công ty HIWIN đưa ra, đầu ta dùng cặp ổ bi đỡ chặn hay cặp ổ đũa côn,đầu dùng ổ bi Ở chúng em chọn kết cấu dùng cặp ổ bi đỡ chặn ổ bi đỡ 4.4.3.a Kiểm nghiệm khả tải động ổ Theo catalogue công ty HIWIN, đường kính ngõng trục A: dA = 12 (mm), taïi B: dB = 10 (mm) Tại A: chọn hai ổ bi đỡ chặn dãy 36101 có đường kính d = 12 (mm), đường kính D = 28 mm, khả tải động C = 5450 (N), khả tải tónh Co = 2450 (N) Tại B: chọn ổ bi đỡ dãy 1000900 có đường kính d = 10 (mm), đường kính D = 22 (mm), khả tải động C = 2620 (N), khả tải tónh Co = 1380 (N) Tại A: yêu cầu kết cấu gối đỡ lắp hai ổ bi đỡ chặn nên kiểm tra khả tải động ổ theo công thức: [4-108] Q = (0,5XVFr + YFa)ktkđ Trong đó: Do vòng ổ quay nên hệ số kể đến vòng quay V = Do dùng ổ bi đỡ dãy nên i =1 (i số dãy lăn), đó: ixFaA 1x1020,24 = = 0,416 nên hệ số thực ngiệm eA = 0,54 C0 A 2450 [4-109] Lực hướng tâm mà ổ lăn phải chụi trọng lượng vitme đai ốc bi trục Y: Trọng lượng vitme trục Y là: GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC πxD - 126 - xLxρ = πx0,015 Luận văn Thạc só x0,571x7850 ≈ 0,8 (kg) [4-110] Trọng lượng đai oác bi khoaûng: 0,3 (kg) [4-111] Fr = (0,8 + 0,3)x9,81 = 10,8 (N) Lực dọc trục: Fat = 1020,24 (N) Tổng lực dọc trục: Fa = 0,5xFrxe + Fat = 0,5x10,8x0,54 + 1020,24 = 1023,2 (N) Do: [4-112] FaA > eA VxFrA Nên hệ số tải trọng hướng tâm X hệ số tải trọng dọc trục Y lần lược có giá trị là: XA = 0,45 , YA = 1,01 kt = : hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ kđ = 1,2 : hệ số kể đến đặc tính tải trọng QA = (0,5x0,45x1x10,8 + 1,01x1023,2)x1x1,2 = 1243,03 (N) Khả tải động: Cd = Q m L Trong đó: [4-113] m = : Bậc đường cong mỏi thử ổ lăn ( ổ bi ) Lh = 10.103 : Tuổi thọ ổ tính n= V xu p = 250x1 = 25 (vòng/phút) 10 [4-114] L : Tuổi thọ tính triệu vòng quay L = 60xnx10-6xLh = 60x25x10-6x10x103 = 15 (triệu vòng) CdA = 1243,03x 15 = 3065,6 (N) < CA = 5450 (N) [4-115] Nhö khả tải động ổ thoả Tại B: dùng ổ bi đỡ nên [4-116] QB = (XVFr + YFa)ktkđ Trong đó: FrB = 10,8 (N), Fa = (N) Hệ số tải trọng hướng tâm XB = , hệ số tải trọng dọc trục YB = Neân : QB = (1x1x10,8 + 0x0)x1x1,2 = 12,96 (N) CdB = 12,96x 15 = 32 (N) < CB = 2620 (N) GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 127 - Luận văn Thạc só Như khả tải động ổ thoả 4.4.3.b Kiểm nghiệm khả tải tónh ổ Tại A: Các hệ số tải trọng hướng tâm tải trọng dọc trục ổ bi đỡ chặn kép có góc α = 120 là: X0A = 1,0 ; Y0A = 0,94 Tải trọng tónh quy ước xác định sau: Qt = XoxFr + YoxFa QtA = 1,0x10,8 + 0,95x1023,2 = 982,84(N) > FrA = 10,8 (N) ⇒ QtA = 982,84 (N) < C0A = 2450 (N) [4-117] Như khả tải tónh ổ thoả Tại B: Các hệ số tải trọng hướng tâm tải trọng dọc trục ổ bi đỡ dãy có góc α = 00 là: X0B = 0,6 ; Y0B = 0,5 QtB = 0,6x10,8 + 0,5x0 = 6,48 (N) < FrB = 10,8 (N) ⇒ QtB = 10,8 (N) < C0B = 1380 (N) Như khả tải tónh ổ thoả 4.4.4 Chọn động Các yêu cầu thiết kế ban đầu chọn động dẫn động trục Y là: • Tốc độ di chuyển lớn nhất: Vo = 250 (mm/phút) = 1250 (vòng/phút) • Độ dịch chuyển nhỏ cần sử dụng UX = 0,4.10-3 (mm) • Khoảng dịch chuyển: l = 489 (mm) • Truyền qua phận giãm tốc: u =1:100 • Khối lượng cần dịch chuyển: W = (kg) • Bước vitme p = 10 (mm) Dựa vào yêu cầu trên, ta có lựa chọn sau: 4.4.4.1 Chọn lựa thông số điều khiển Góc quay nhỏ lý thuyết động theo yêu cầu: θX = U Xmim x360 0,4 x10 −3 x360 = = 0,01440 10 p GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN [4-118] HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 128 - Luận văn Thạc só Độ phân giải động cơ: 360 xu 100 = 250 (xung/voøng) fo = = θ Xmim 0,0144 360x [4-119] 4.4.4.2 Tốc độ động N0 = V0 = pxu 250 = 2500 (vòng/phút) 10 x 100 [4-120] Chọn động chiều DC servo 24V, 100W, encoder có độ phân giải 500 xung/vòng, tốc độ tối đa 3000 vòng/phút, hộp giảm tốc có tỷ số truyền 1:100 4.5 Tính toán cụm trục X 4.5.1 Tính toán chọn sống trượt: Theo thiết kế sơ bộ, trục X có hành trình 300 (mm) nên trục vitme có chiều dài 350 (mm),dùng sống trượt có chiều dài 450 (mm) Tổng trọng lượng cụm trục Z cụm trục Y có giá trị là: + 1,1 + 10,33 + 5,5 + = 26,93 (kgf) Khối lượng motor, ổ lăn, giá đỡ motor, khớp nối trục, trục vitme nặng khoảng 5,5 (kg) Như tải trọng tác dụng lên sống trượt là: [4-121] PZ = 26,93 + 5,5 = 32,43 (kgf) Chọn hệ số an toàn tính toán tải tónh fs = Do dùng sống trượt sống trượt có trượt chạy nên tải trọng tính toán là: Ps = fsxPZ = 4x32,43 = 129,72 (kgf) = 1,27 (kN) [4-122] Theo catalog hãng HIWIN, chúng em chọn sống trượt loại: HGH 35 C A E R440 E Z0 C I, có khả tải tónh Co = 102,87 (kN), khả tải động C = 49,52 (kN), Mz = 1,73 (kNm), Mx = 1,2 (kNm), My = 1,2 (kNm), chiều dài sống trượt 460 (mm), có trượt chạy sống trượt, sử dụng sống trượt 4.5.1.a Kiểm nghiệm momemt: GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 129 - Luận văn Thạc só Lực tác dụng tác dụng lên trục X theo phương Z Kiểm tra momem trục X vị trí cụm trục Z cuối hành trình trục Y Sơ đồ lực tác dụng lên trục X: Trong : FZ tải trọng cụm trục Z đầu [4-123] FZ = (7 + 1,1)x9,81 = 79,46 (N) FM tổng lực tác dụng motor trục Y, giá đỡ motor trục Y khung gá lắp trục Y với trục X đặt tâm sống trượt trục X [4-124] FM = (3 + 1)x9,81 = 39,24 (N) (motor trục Yvà giá đỡ motor trục Y nặng khoảng (kg); khung giá lắp trục Y với trục X nặng khoảng (kg)) Trọng lượng sống trượt vitme trục Y phân bố tác dụng lên trục X Khoảng cách tâm cụm trục Z với tâm sống trượt trục X 530 (mm) Do tổng momem tác dụng lên tâm sống trượt trục X là: Mz = < [Mz] Mx = 79,46x530 + (10,33 + 0,8) x9,81x530 [4-125] = 71047,9 (N.mm) = 0,071 (kN.m) < [Mx] My = < [My] Như momemt thỏa 4.5.1.b Kiểm nghiệm tuổi thọ: Tuổi thọ sống trượt tính theo công thức: 3  49 ,52  C    x50 x10   x 50 x10 , 27 Lx10 P  Lh = =  = = 197610 ,3 > 10.000 [4Vx 60 Vx 60 250 x 60 126] Trong V = 250 mm/phút tốc độ di chuyển tối đa trục X Như tuổi thọ sống trượt thỏa 4.5.2 Tính toán chọn vitme: GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC : - 130 - Luận văn Thạc só 4.5.2.a Xác định sơ đường kính d1 vitme bi theo độ bền kéo Vật liệu vitme thép 4140 (AISI) có giới hạn chảy σch = 655 (MPa) Đường kính d1 xác định theo công thức sau: x1,3 xFa πx[σ K ] d1 ≥ [4-127] Với: [σK] = σch/3 = 655/3 = 218,3 (MPa) Fa: lực dọc trục Fa = Ps = 129,72 (kgf) = 1270 (N) Bỏ qua masát lăn sống trượt bé [4-128] x1,3 x1270 = 9,6 (mm) πx 218,3 d1 ≥ Laáy d1 = 10 (mm) 4.4.2.b Chọn thông số truyền • Đường kính bi: db = (0,08 ÷ 0,15)d1 = (0,08 ÷ 0,15)10 = 0,8 ÷ 1.5 Chọn db = (mm) [4-129] • Bước vit: p = db + (1 ÷ 5) = + (1 ÷ 5) = ữ 13 Choùn p = 10 (mm) [4-130] ã Bán kính rãnh lăn r1 = 0,52 (mm) • Khoảng cách từ tâm rãnh lăn đến tâm bi:   c =  r1 − db  8   cos β =  0,52 −  cos 45° = -2,46 (mm) 2 2  [4-131] với β = 45o : góc tiếp xúc • Đường kính vòng tròn qua tâm bi: Dtb = d1 + 2x(r1 – c) = 10 + 2x[(0,52 – (- 2,46)] = 15,96 (mm) [4-132] • Đường kính đai ốc: D1 = Dtb + 2x(r1 – c) = 15,96 + 2x[0,52 –(- 2,96)] = 21,92 (mm) [4-133] • Chiều sâu profile ren: h1 = (0,3 ÷ 0,35)xdb = (0,3 ÷ 0,35)x8 = 2,4 ÷ 2,8 (mm) [4-134] GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 131 - Luận văn Thạc só Chọn h1 = 2,5 (mm) • Đường kính vít: d = d1 + 2h1 = 10 + 2x2,5 = 15 (mm) [4-135] • Đường kính đai ốc: D = D1 + 2xh1 = 21,92 + 2x2,5 = 26,92 (mm) • Góc vít: γ = arctg p 10 = arctg = 11,28o πxDtb πx15,96 [4-136] [4-137] • Số vòng ren làm việc: K = (vòng) • Số bi vòng ren làm việc: Zb = πxDtb xK db −1 = πx15,96 x − = 11,53 [4-138] Choïn Zb = 12 (bi) • Khe hở hướng tâm: ∆ = 0,03 ữ 0,12 (mm) Choùn = 0.1 (mm) ã Khe hở tương đối: χ = ∆ 0,1 = = 0,01 (mm) d1 10 [4-139] • Góc ma sát lăn thay theá: ϕ1 = arctg xf t x0,005 = 0,08o = arctg d1 x sin β 10 x sin 45° [4-140] Với: ft = 0,005 hệ số ma sát lăn thay • Hiệu suất truyền tgγ tg11,28° = 0,99% η= = tg (γ + ϕ1 ) tg (11,28 + 0,08)° [4-141] 4.4.2.c Kiểm nghiệm độ bền Tải trọng riêng dọc trục qa = Fa 1270 = = 2,06 (MPa) Z b xd b xλ 12 x8 x0,8 [4-142] λ = 0,8 : heä số phân bố tải trọng không cho viên bi Từ qa = 2,06 MPa χ = 0,01 ta xác định σmax = 1840 (MPa) Như thoả mãn điều kiện σmax ≤ [σmax] = 5000 (MPa) (bề mặt làm việc đai ốc vit đạt độ rắn HRC ≥ 53 bi HRC ≥ 63) 4.4.2.d Chọn vitme đai ốc bi theo catalog Theo catalog hãng HIWIN Chọn loại vitme: 250-R15-10B1-FSW-339421-0,018, chiều dài phần cắt ren : 339 (mm), chiều dài toàn bộ: 421 (mm), GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 132 - Luận văn Thạc só khả tải động C = 460 (kgf), khả tải tónh Co = 645 (kgf), bước vitme p = 10 (mm) Đường kính bi db = 4,763 mm, đường kính trục vitme d1 = 15 (mm), đường kính vòng tròn qua tâm bi Dtb = d1 + db = 15 + 4,763 = 19,763 (mm) , đường kính lắp ổ lăn dA = 12 (mm), dB = 10 (mm) γ = arctg p 10 = arctg = 9,15o πxDtb πx19,763 [4-143] ϕ1 = arctg xf t x0,005 = 0,05o = arctg d1 x sin β 15 x sin 45° [4-144] Momen xoắn tác dụng lên trục vitme xác định sau: F xD xtg (γ + ϕ t ) 1270 x19,763 xtg (9,15 + 0,05) o T = a tb = = 2032,6 (Nmm) [42 145] 4.5.3 Tính toán chọn ổ lăn Theo kết cấu mà công ty HIWIN đưa ra, đầu ta dùng cặp ổ bi đỡ chặn hay cặp ổ đũa côn,đầu dùng ổ bi đơ.õ Ở chúng em chọn kết cấu dùng cặp ổ bi đỡ chặn ổ bi đơ.õ 4.5.3.a Kiểm nghiệm khả tải động ổ Theo catalogue công ty HIWIN, đường kính ngõng trục A: dA = 12 (mm), taïi B: dB = 10 (mm) Taïi A: chọn hai ổ bi đỡ chặn dãy 36101 có đường kính d = 12 (mm), đường kính D = 28 mm, khả tải động C = 5450 (N), khả tải tónh Co = 2450 (N) Tại B: chọn ổ bi đỡ dãy 1000900 có đường kính d = 10 (mm), đường kính D = 22 (mm), khả tải động C = 2620 (N), khả tải tónh Co = 1380 (N) Tại A: yêu cầu kết cấu gối đỡ lắp hai ổ bi đỡ chặn nên kiểm tra khả tải động ổ theo công thức: [4-146] Q = (0,5XVFr + YFa)ktkđ Trong đó: Do vòng ổ quay nên hệ số kể đến vòng quay V = Do dùng ổ bi đỡ dãy nên i =1 (i số dãy lăn), đó: GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHUÏ LUÏC - 133 - ixFaA 1x1270 = = 0,518 nên hệ số thực ngiệm eA = 0,54 C0 A 2450 Luận văn Thạc só [4-147] Lực hướng tâm mà ổ lăn phải chụi bao gồm trọng lượng vitme đai ốc bi trục X: Trọng lượng vitme truïc X: πxD xLxρ = πx0,015 x0,421x7850 ≈ 0,6 (kg) [4-148] Trọng lượng đai ốc bi khoảng: 0,3 (kg) Do đó: Fr = (0,6 + 0,3)x9,81 = 8,23 (N) Lực dọc trục: Fat = 1270 (N) [4-149] Tổng lực dọc trục: Fa = 0,5xFrxe + Fat = 0,5x8,23x0,54 + 1270 = 1272,2(N) [4-150] Do: FaA > eA VxFrA Nên hệ số tải trọng hướng tâm X hệ số tải trọng dọc trục Y lần lược có giá trị là: XA = 0,45 , YA = 1,00 kt = : hệ số kể đến ảnh hưởng nhiệt độ kđ = 1,2 : hệ số kể đến đặc tính tải trọng QA = (0,5x0,45x1x8,23 + 1,0x1272,2)x1x1,2 = 1528,9 (N) Khả tải động: Cd = Q m L Trong đó: [4-151] m = : Bậc đường cong mỏi thử ổ lăn ( ổ bi ) Lh = 10.103 : Tuổi thọ ổ tính n= V xu p = 250x1 = 25 (vòng/phút) 10 [4-152] L : Tuổi thọ tính triệu vòng quay L = 60xnx10-6xLh = 60x25x10-6x10x103 = 15 (triệu vòng) CdA = 1528,9x 15 = 3770,6 (N) < CA = 5450 (N) [4-153] Như khả tải động ổ thoả Tại B: dùng ổ bi đỡ nên QB = (XVFr + YFa)ktkđ GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN [4-154] HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 134 - Luận văn Thạc só Trong đó: FrB = 8,23 (N), Fa = (N) Hệ số tải trọng hướng tâm XB = , hệ số tải trọng dọc trục YB = Nên : QB = (1x1x8,23 + 0x0)x1x1,2 = 9,9 (N) CdB = 9,9x 15 = 24,35 (N) < CB = 2620 (N) Như khả tải động ổ thoả 4.4.3.b Kiểm nghiệm khả tải tónh ổ Tại A: Các hệ số tải trọng hướng tâm tải trọng dọc trục ổ bi đỡ chặn kép có góc α = 120 là: X0A = 1,0 ; Y0A = 0,94 Tải trọng tónh quy ước xác định sau: Qt = XoxFr + YoxFa QtA = 1,0x8,23 + 0,95x1272,2 = 1216,82 (N) > FrA = 8,23 (N) ⇒ QtA = 1216,82 (N) < C0A = 2450 (N) [4-155] Như khả tải tónh ổ thoả Tại B: Các hệ số tải trọng hướng tâm tải trọng dọc trục ổ bi đỡ dãy có góc α = 00 là: X0B = 0,6 ; Y0B = 0,5 QtB = 0,6x8,23 + 0,5x0 = 4,938 (N) < FrB = 8,23 (N) ⇒ QtB = 8,23 (N) < C0B = 1380 (N) Như khả tải tónh ổ thoả 4.5.4 Chọn động Các yêu cầu thiết kế ban đầu chọn động dẫn động trục Y là: • Tốc độ di chuyển lớn nhất: Vo = 250 (mm/phút) = 1250 (vòng/phút) • Độ dịch chuyển nhỏ cần sử dụng UX = 0,4.10-3 (mm) • Khoảng dịch chuyển: l = 339 (mm) • Truyền qua phận giãm tốc: u =1:100 • Khối lượng cần dịch chuyển: W = 32,43 (kg) • Bước vitme p = 10 (mm) GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN PHỤ LỤC - 135 - Luận văn Thạc só Dựa vào yêu cầu trên, ta có lựa chọn sau: 4.5.4.1 Chọn lựa thông số điều khiển Góc quay nhỏ lý thuyết động theo yêu caàu: θX = U Xmim x360 0,4 x10 −3 x360 = = 0,01440 10 p [4-156] Độ phân giải động cơ: 360 xu 100 = 250 (xung/voøng) = fo = θ Xmim 0,0144 360x [4-157] 4.5.4.2 Tốc độ động N0 = V0 = pxu 250 = 2500 (vòng/phút) 10 x 100 [4-158] Chọn động chiều DC servo 24V, 100W, encoder có độ phân giải 500 xung/vòng, tốc độ tối đa 3000 vòng/phút, hộp giảm tốc có tỷ số truyền 1:100 GVHD: PGS.TS ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH: NGUYỄN HỒNG NGUYÊN TÓM TẮT LÝ LỊCH Luận văn Thạc só TÓM TẮT LÝ LỊCH Họ tên học viên: Nguyễn Hồng Nguyên Giới tính: Nam Ngày tháng năm sinh: 10 – 02 – 1974 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chỗ nay: Số nhà 43 – Đường 16 – khu nhà Nam Long – Phường Phước long B – Quận – Thành phố Hồ Chí Minh Điện thoại: 08.2825625; 090.8833.091 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: - Năm 1993 – 1998: Học Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng Năm 2003 – Nay: Học Cao học Khoa Cơ khí trường Đại Học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Mã số học viên: 00403803 QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC: - - Năm 1998 – 2003: Đội trưởng Đội lắp máy thuộc Tổng Công ty Xây dựng Miền trung – Đà nẵng Năm 2003 – 2005: Công tác Công ty CP Kinh Doanh Thiết bị Công Nghiệp – Chi Nhánh Thành phố Hồ Chí Minh Tại nhiều lần công tác nước tiếp cận công nghệ Năm 2005 – 2007: Công tác Phòng Đầu tư Sản xuất Công nghiệp & Quản lý thiết bị thuộc Công ty CP Đầu tư & Phát triển Xây dựng – Investco GVHD: PGS.TS.ĐẶNG VĂN NGHÌN HVTH:NGUYỄN HỒNG NGUYÊN ... khí Chế tạo máy Khố (Năm trúng tuyển) : 2003 1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ & CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TẠO MẪU NHANH TRONG XÂY DỰNG 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu cơng nghệ tạo mẫu nhanh. .. Thiết kế & Chế tạo mô hình hệ thống máy tạo mẫu nhanh xây dựng? ?? Nội dung luận văn trình bày chương Chương 1: Tổng quan công nghệ tạo mẫu nhanh & công nghệ Countour Crafting (CC) xây dựng Trong. .. mà chế tạo phương pháp khác 1.2.8.4 Ứng dụng thiết kế chế tạo sản phẩm Hiện tại, công nghệ tạo mẫu nhanh ứng dụng mạnh lónh vực thiết kế chế tạo sản phẩm Những ứng dụng cho tạo mẫu nhanh chế tạo