Dạng mô phỏng 3D thực tế của Oloid (Hình 3.5):
Theo (Hình 3.4) ta có khoảng cách trục là: Với R = 70 mm
Áp dụng định lí Pytago trong tam giác vuông ∆ AC2 = AB2 + BC2
AB = √( + )2 −2 AB=√4.2− 2
Thay R = 70 mm và phương trình ta được: AB = 120,5 mm
Vậy ta đã có được khoảng cách giữa hai tâm trục là 120,5 mm
Từ đó làm tiền đề cho việc lựa chọn động cơ, thiết kế khung máy một cách hợp lý nhất.
3.2.3 Thiết kế khung máy dựa theo kích thước khung trộn.
- Thiết kế khung máy theo kích thước khung trộn với vật liệu chính là nhôm định hình theo tiêu chuẩn (Hình 3.6).
-Theo kích thước đã thiết kế, nếu chúng ta dung khung sắt hàn đấu lại với nhau sẽ dẫn đến việc trọng lượng khung máy quá nặng. Đồng thời gây khó khăn cho việc tháo lắp và di dời máy trộn.
Hình 3.8: Bản vẽ khung máy
3.2.4 Thiết kế bản lắp mạch điều khiển và nút nhấn.
-Dựa và khung máy ta có bản thiết kế bảng Mica lắp mạch điều khiển và nút nhấn (Hình 3.7).
Hình 3.9: Bảng lắp mạch điều khiển và nút nhấn.
3.2.5 Thiết kế càng lắc.
Sau khi có đường kính của khung trộn ta có thể thiết kế càng lắc theo kích thước của khung trộn. Sử dụng công nghệ in 3D tiến hành gia công càng lắc giúp cho việc gia công nhanh chóng nhưng vẫn đảm bảo kích thước và độ cứng vững (Hình 3.8).
3.2.6 Thiết kế trục làm việc.
- Ta có khoảng cách giữa hai tấm đỡ là 73 mm
- Khoảng cách từ Mica chắn trong đến mặt ngoài của khung máy là 200 mm
- Ta chọn chiều dài trục phải lớn hơn 200mm nên chọn trục dài 320 mm. Tại vị trí lắp gối đỡ phải gia công them các rãnh chặn để lắp vòng chặn giữ trục không di chuyển (Hình 3.9).
Hình 3.11: Bảng vẽ trục làm việc 3.2.7 Bảng vẽ lắp hoàn chỉnh. việc 3.2.7 Bảng vẽ lắp hoàn chỉnh.
Bảng vẽ lắp hoàn chỉnh giúp thấy được sự thích hợp giữa các mối lắp và kích thước thiết kế ban đầu mà nhóm đã tính toán và thiết kế theo sản phẩm đã được nghiên cứu và phát triển bởi công ty Bioengineering AG, Thụy Sĩ sản xuất(Hình 3.10).
Hình 3.12: Bảng vẽ lắp máy trộn bột kim loại.
3.3 Tính các thông số đai và động cơ [11].
3.3.1 Lựa chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền.a. Chọn động cơ. a. Chọn động cơ. - Lực vòng trên xích tải: - Nt = 240 v/phút tốc độ quay trục [16]. - Vận tốc đai tải: V = (trang 20 - [11]) - Chọn động cơ: P = ct - Ta có: P dc Ta có: (trang 20 - [11]) (trang 19, [11]) (trang 19 - [11])
- Tỷ số truyền: u Z 2 Z 1 - Chọn động cơ: TSM3102 Pđc=0.05 (kw) nđc=3000 (v/phút), hộp số có tỷ lệ 12.
- Vận tốc truyền sau hộp giảm tốc là 240(v/phút).
b. Phân phối tỉ số truyền.
Công suất của trục động cơ (trang 20 - [11]):
(3.10)
(3.11) Momen xoắn của trục động cơ (trang 20 - [11]):
T m (3.12) T m Bảng 3.1: Bảng thống kê số liệu: (3.13) Trục Thông số 3.3.2 Chọn bộ truyền đai.
b. Định đường kính bánh đai nhỏ.
Theo bảng 3.13 và bảng 3.19 chọn đường kính bánh đai dẫn d1=22.
Kiểm nghiệm vận tốc đai:
V = (trang 53 - [11])
c. Tính đường kính bánh đai lớn D2
- Lấy theo tiêu chuẩn curoa GT2 D2 = 28mm
- Số vòng quay thực của trục bị dẫn: n = (1- 0,02)240. t (trang 53 - [11]) - Chọn khoảng cách trục A (trang 53 - [11]): A=1.5D2=1,5.28=45 mm
d. Tính chiều dài đai theo khoảng cách trục A sơ bộ.
L=2A+
(trang 53 - [11])
Lấy chiều dài đai theo tiêu chuẩn bảng tiêu chuẩn đai GT2: 333mm (theo bảng 4.13, trang 57, TL11).
e.Xác định chính xác khoảng cách trục A theo chiều dài đai đã lấy theo tiêu chuẩn. - Ta có: L A = 333 (3.18) (Công thức 4.5, trang 53, [11])
Amin =A - 0,015.L=140 – 0,015.333 =135 (mm).
- Khoảng cách lớn nhất cần thiết để tạo lực căng(Công thức 4.7, trang 55, [11]): Amax =A + 0,03.333= 150 (mm)
f. Tính góc ôm.
- Ta có:
1 =180-
- Góc ôm thoả mãn điều kiện 1 ≥ 1200
- Xác định số đai Z cần thiết: Kđ=1 (theo bảng 4.7, trang 57, [11])
- Với 1 =135o,=0.89 (theo bảng 4.15, trang 61, [11])
- Với l/l0=1, Cl=1 (theo bảng 4.16, trang 61, [11]) u=1 Cu=1 (theo bảng 4.17, trang 61, [11])
C
z
g. Kiểm nghiệm đai về tuổi thọ.
(trang 56 - [11]) (3.21)
Số vòng chạy của đai trong 1 giây (trang 57 - [11]):
(3.22)
h. Số đai Z.
Số đai Z (trang 58 - [11]):
Lấy số đai Z=1
i. Định các kích thước chủ yếu của đai.
- Chiều rộng đai (trang 58 - [11])
B= (Z-1).p+2e=(1-1).3+2.3 =6 mm - Đường kính ngoài bánh đai (trang 58 - [11])
D= D+2ho=333+2.1,2=335,4 ho = 1,2 mm
Thông số dây đai (Hình 3.13):
- Chất liệu: Cao su
- Màu sắc: đen
- Diện tích tiết diện đai: A= 333 mm2, có 111 răng
Hình 3.13: Thông số dây đai
j. Tính lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục.
- Lực căng ban đầu (trang 59 - [11]):
(3.26)
-Trong đó F = qmv2 (định kỳ điều chỉnh lực căng ), với qm= 0 , 105 kg / m (trang 62 - [11]). do đó: . - Lực tác dụng lên trục (trang 59 - [11]): (3,29) *Hình đai được chọn (Hình 3.14): 49
Hình 3.14: Đai được chọn.
3.4 Tính trục và chọn ổ lăn 3.4.1. Tính trục.
a) Chọn vật liệu và chế tạo trục.
+ Ta dùng thép C45 có =600 MPa, ứng suất xoắn cho phép. [ ] = (12…..20)MPa
+ Sơ đồ lực trong không gian (Hình 3.15):
Hình 3.15: Sơ đồ lực của trục
b) Xác định thông số và chiều các lực của chi tiết máy.
- Với: T1 = 1541 (N.mm), [ ]=20 Mpa.
- Vậy:
(3.30) (trang 192 - [11])
- Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục :
- Trong đó:
M1: là momen tại điểm đặt puly Fd: là lực của đai Fd=359,18 (N).
RAx= RCx: là lực tác dụng lên ổ bi theo phương x.
Fk: là lực tác dụng của khung trộn, Fk=1,2. Fd=431,73 (N)
Vì momen tại càng chữ C thay đổi theo thời gian, nên ta chọn momen lớn nhất tại đó bằng momen đặt tại puly M1=M2=1541(N)
- Xác định phản lực tác dụng lên gối đỡ ,Sử dụng phương trình momen và phương trình hình chiếu của các lực trong mp zOy:
+Trong mặt phẳng zOy ta có: FyFA FD Fc Fk 0 (1) M A75FD M 1 (75 55)Fc (190 75 55)Fk 0(2) Từ (1) và (2): FA 1281, 74(N ) 490, 85(Fc )N - Xác định đường kính các đoạn trục: *Tại A: Ta có (trang 198 - [11]). (3.30)
+ Đường kính trục tại tiết diện A (trang 198, [11]):
=63 (MPa) ứng với thép 45 có Chọn d1A = 10 (mm) (3.31)
600 MPa đường kính trục ≤ 30(mm)
b
*Tại D: Ta có (trang 198 - [11]).
(3.32)
+ Đường kính trục tại tiết diện D (trang 198 - [11]):
(3.33) Chọn d1D = 10 (mm)
*Tại B: Ta có (trang 198 - [11]).
(3.34)
+ Đường kính trục tại tiết diện B (trang 198 - [11]):
(3.35) Chọn d1B = 10 (mm)
* Vì sử dụng bộ truyền đai đơn giản nên ta chọn đường kính trục =10mm
- Biểu đồ momen như hình vẽ (Hình 3.15):
Hình 3.16: Biểu đồ mô men.
c) Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và độ bền tĩnh.
* Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:
- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện (tại B) MxB = 36814 (Nmm);
TB = 1541 (Nmm) ; - Ta có (trang 199 - [11]):
(3.36)
Trong đó: s : hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại B. - Ta có (trang 199 - [11]): s
+σ-1: giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng. +Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)
σ-1 = 0,436. σb = 0,436. 600 = 261,6 (MPa)
+ Đối với trục quay σm = 0 (Công thức 7.17, trang 200, [11]): σa = σmaxB = MB/WB
+ Ta có (Công thức 7.10, trang 198, [11]):
MB MxB2 MyB2 368142 0 36814Nmm
(3.38) (3.39) + Ta có (theo bảng 7.12, trang 203, [11]) với trục có rãnh then:
WB: moment cản uốn. WB =
+ Ta có (theo bảng 7.13, trang 203, [11]) tra được then: b = 3 (mm); h=3(mm); t1 =1,8 (mm); t2=1,4 W B Vậy (trang 200 - [11]): a36814 595MPa 61,8 (3.40) -Ta có (theo bảng 7.10 trang 200, [11]): : hệ số kể đến ảnh hưởng của trị - Ta có (trang 201 - [11]): số ứng suất trung bình. K x 1 / Ky + Ta có (theo bảng 7.9, trang 201, [11]): Kx=1,06 Kx:hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt
+ Ta có (theo bảng 7.10): Ky=1,06 Ky:hệ số căng bề mặt trục.
+ Ta có (theo bảng 7.11 trang 202, [11]), với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):
K
K 2,06 1,06 1 /1,6 1,325
d S
* s : hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng tiếp tại B: + Ta có (trang 201 - [11]):s
10,5810,58 261, 6 151, 73 MPa
+ Khi trục quay 1 chiều: Tm =Ta =TB /2.WOB (trang 202 - [11])
+ Với trục quay 1 chiều (theo bảng 7.6, trang 198, [11]):
.d3
0 D
+ Moment xoắn tại B : T1 = 1541 (Nmm)
+ Ta có (theo bảng7.7, trang 201, [11]): 0
53
+ Ta có (trang 201 - [11]): K (3.45)
+ Ta có (trang 201 - [11]) : Kx=1,06; Ky=1,6
+ Ta có(theo bảng 7.11, trang 203,[11]),với kiểu lắp k6 K K d1, 64 1, 06 1 /1, 6 1,1 S S và σb = 600 (MPa): (3.46)
Như vậy,không cần phải kiểm tra về độ cứng của trục.
* Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh : - Ta có (trang 206 - [11]) : td
-Tại tiết diện nguy hiểm: Mmax =36814 (Nmm); Tmax =1541(Nmm)
-Ta có (trang 206 - [11]):
- Ta có (trang 206 - [11]):
-T a
có (trang 206 - [11]):
(3.49) (3.50)
td - V ậ y td : trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh. 3.4.2. Thiết kế then. - Ta dùng then bằng đầu nón
- Gia công rãnh then trên trục dùng phương pháp phay bằng dao phay ngón.
- Ta cần kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập (trang 258 - [11]) và độ bền cắt (trang 258 - [11]) với lt =1,35 d.
B
*Ta có
- Trên trục lắp then tại tiết diện B:
dB = 10 (mm);
- Ta có (theo bảng 9.1, trang 261, [11]): b = 3 (mm); h = 3 (mm); t1 = 1,8 (mm) 54
B
- Theo bảng (theo bảng 9.5, trang 263, [11]): - Điều kiện bền cắt: B Vậy then đủ bền. 3.4.3. Thiết kế ổ lăn. a. Chọn ổ lăn:
- Theo kết quả tính toán trục ta có:
FAx =1281,75 N; FAy =0 N;FCx = 490,05 N ; FCy = 0 N - Tổng phản lực tác dụng lên 2 ổ: (trang 231 - [11]) + Ổ 1 có: FA ( F Ax )2 ( F Ay )2 1281, 75 + Ổ 2 có: - Ta thấy FA > FC nên ta xét tỉ số: (3.53) (3.54) Hình 3.17: Gối đỡ trục bạc đạn T10. - Chọn sơ bộ gối đỡ trục T10 (Hình 3.16). V ới d= 10 m m; D = 18
mm; b= 5mm; r = 0,3 mm; r1= 0,15 mm; C =3,4 kN; C0 = 2.1 kN
- Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ (trang 231 - [11]:
Ta có:
Ta có (theo bảng 8.4,trang 232, [11]) ta được: e = 0,34
(3.55) 55
- Vì vòng trong quay nên V=1 Do đó: 0,34< e
- Ta có (theo bảng 8.4, trang 232, [11]) ta được: X= 1; Y= 0
- Tải trọng động: Q= (XVFrA + YFAC) kt kđ
- Trong đó: kt =1 (nhiệt độ <100 C) (kđ: hệ số kể đến đặc tính tải trọng).
Hình 3.18: Sơ đồ phân bố lực
- Ta có (theo bảng 8.3, trang 232, [11]) ta chọn kđ =1,2 FsA = e.FrA = 0,34×1281,75 =435,8 ( N) FsC = e.FrC = 0,34×490,05 =166,6 ( N) Theo sơ đồ cân bằng lực (Hình 3.15) ta có:
FA FsA FAC 166,6490,05 656.05 NFs1
⇒FA = 656,05 (N)
FC FsC FAC435,81281,75 1717,55 NFs2
⇒FC = 1717,55 (N)
⇒ Tải trọng động trên ổ 1 và ổ 2 (trang 231 - [11]): Q1 = (X.V.FrA+Y.FAC).KTKD
= (1×1×1,28175 + 0×0,65605)1×1,2 = 1,54 kN Q2 = (1×1×0,49005 + 0×0,20128 )1×1,2 = 0,59 kN
- Khả năng tải động Cd (trang 232 - [11]): Cd= Q
- Với ổ bi: m=3
Lh: tuổi thọ của ổ Lh = 20000 giờ
L
Cd 1,543288 10,17(kN)
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ (trang 229 - [11]): Qt = X0 Fr + Y0 Fa
- Ta có (theo bảng 8.6, trang 229, [11]) ta được X0=0,5Y0=0,47 ⇒Qt =0,5×1281,75 + 0,47×490,05 = 871,2 (N) < Flt11 (3.56) (3.57) (3.58) (3.59) (3.60) (3.61) (3.62) 56
Vậy Qt = FltA= 871,2 (N) <C0 =2200(N). Kết luận: ổ đã chọn đảm bảo.
b. Chọn kiểu lắp ổ lăn.
- Vì vòng trong quay nên vòng trong chịu tải chu kỳ,vòng ngồi đứng yên nên chịu tải cục bộ.Cấp chính xác 7 [12]
:
c. Chọn kiểu lắp puly.
CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
4.1 Thiết kế mạch điện. 4.1.1 Yêu cầu hệ thống.
Theo như đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TRỘN BỘT KIM LOẠI” các yêu cầu đề ra:
- Có khả năng điều khiển tốc độ và chỉnh thời gian.
- Hiển thị thời gian và chế độ đang được sử dụng.
4.1.2 Sơ đồ khối.
Sơ đồ khối mạch điều khiển (Hình 4.1).
HIỂN THỊ VI ĐIỀU KHIỂN MODULE
RELAY MODULE ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ DC NÚT NHẤN
Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển.
4.1.3 Chức năng.
- Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động.
- Khối vi điều khiển: có chức năng nhận/xuất dữ liệu, xử lý và điều khiển.
- Nút nhấn: chọn chế độ điều khiển, set giá trị thời gian, start/stop và reset lại thiết bị.
- Hiển thị: giúp hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị.
- Module relay: có chức năng đóng, ngắt module điều khiển tốc độ động cơ.
- Module điều khiển tốc độ động cơ: thay đổi tốc độ của động cơ.
- Động cơ DC : cung cấp moment cho hoạt động của máy.
4.2 Lựa chọn linh kiện, thiết bị.
4.2.1 Khối vi điều khiển.
Khối vi điều khiển: có chức năng nhận/xuất dữ liệu, xử lý và điều khiển.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại vi điều khiển khác nhau như arduino,… ta chọn Module STM32F103C8T6[13] (Hình 4.2) vì nó có giá thành hợp lý, thông dụng.
Thông tin module:
Vi điều khiển: STM32F103C8T6 - ARM 32 CPU Cortex-M3. Điện áp hoạt động: 2V-3.3V DC
Chế độ Debug: SWD. Tần số làm việc: 72MHZ. Bộ nhớ flash: 64K
SRAM: 20K
Tích hợp USB để cấp nguồn và giao tiếp.
Hỗ trợ các chuẩn giao tiếp: CAN, I2C, SPI UART/USART, USB. Có led báo nguồn
Nút nhấn Reset
Kích thước: 5.3cm x 2.2cm.
Hình 4.2: STM32F103C8T6.
4.2.2 Nút nhấn.
Khối nút nhấn: bao gồm 6 nút nhấn USER,1 nút RESET.
Nút RESET mạch điều khiển: có chức năng reset lại mạch khi sự cố.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại nút nhấn trên thị trường gồm các loại 2 chân, 4 chân, nút nhấn giữ... ta chọn nút nhấn 4 chân[14] (Hình 4.3).
Hình 4.3: Nút nhấn.
4.2.3 Module relay.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại khác nhau trên thị trường nhưng ta chọn loại Module Relay 5V
[15] (Hình 4.4) vì:
Module sử dụng Relay tốt, đảm bảo hoạt động ổn định, lâu dài. Trên module có opto để cách ly dòng ngược về, hiệu suất ổn định.
Có thể set các mức cao thấp bằng cách thiết lập jumper trên module Có Led báo nguồn màu xanh, Led báo trạng thái Relay màu đỏ. Kết nối module với mạch điều khiển đơn giản.
Hình 4.4: Module Relay 5V.
Thông số cơ bản:
o Nguồn cấp: 5 VDC o Size: 51 x 25.5mm o Dòng: 50mA
o Ngõ ra relay: 250 VAC 10A or 30 VDC 10A
4.2.4 Động cơ.
Động cơ: cung cấp momen cho toàn bộ hoạt động máy.
Lựa chọn linh kiện.
Trên thị trường các rất nhiều loại motor DC khác nhau nhưng motor Tamagawa Seiki – DC 24V với tua là 3500-5000 RPM [16], trục truyền động có đường kính là Ø10(Hình 4.6). Phù hợp với các thông số tính toán đã tính ở phần trên và giá thành hợp lý, thuận tiện sử dụng nên ta chọn motor Tamagawa Seiki – DC 24V
(Hình 4.5).
Hình 4.5: Motor Tamagawa Seiki – DC 24V.
4.2.5 Module điều khiển tốc độ động cơ DC.
Module relay: có chức năng đóng, ngắt module điều khiển tốc độ động cơ.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại khác nhau trên thị trường nhưng ta chọn PWM 8A 720W [17] (Hình 4.7) do có dòng, áp và công suất phù hợp với loại động cơ đang sử dụng. Giá cả hợp lý.
Hình 4.7: Module điều khiển tốc độ động cơ DC PWM 8A 720W.
Thông số cơ bản: Nguồn cấp: 6~90VDC Công suất: 720W Dòng: 8A Điều chỉnh tốc độ: 0%~100% Tần số xung PWM: 16KHZ Kích thước: 64 x 89 x 28mm 4.2.6 Khối hiển thị.
Khối hiển thị: giúp hiển thị các thông số thời gian, chế độ hoạt động trên màn hình LCD.
Lựa chọn linh kiện.
Trên thị trường các rất nhiều loại màn hình hiển thị như là LCD, TFT-LCD, Super LCD, OLED… và đủ các kích thước, chức năng. Các loại màn hình cảm ứng như cảm ứng điện dung, điện trở... Vì nhóm cần 1 màn hình có hỗ trợ sáng vào buổi tối nên quyết định chọn màn hình OLED.
Hình 4.8: Màn hình Oled SSD1306.
Màn hình OLED SSD1306 [18] (Hình 4.8) với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128x64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp I2C. Màn hình sử dụng driver SSD1306 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản