Công suất công tác thực hiện chuyển động: n=500 vg/phút: số vòng quay trục vít me.
P =
lv
Hiệu suất tổng quát của bộ truyền: η=η (2.9)[1] Với hiệu suất của ổ lăn: ηol = 0, 99 ; khớp nối:
Công suất làm việc của động cơ:
Pct = P
ηlv = 0,970,45 =0,46(kW) (2.8)[1]
ηol = 1 ; hộp giảm tốc: η
Ta sử dụng động cơ AC servo để truyền chuyển động cho trục x. Dựa theo catalog của nhà sản xuất Misubishi Electric. Ta chọn động cơ kí hiệu: HC-MFS43K-S18, công suất:400 W, nguồn vào: 3AC 122V có gắn hộp giảm tốc với tỉ số truyền 1/25.
Công suất công tác trên trục chính:
P =
M
Trong đó:
n = 800 vòng/phút: số vòng quay của trục. - Hiệu suất tổng qua các bộ truyền: η=η .η
ol
= 0,94(2.9)[1] Trong đó:
η
ol : hiệu suất cặp ổ lăn.
η
kn
: hiệu suất truyền động của khớp nối.
η
dai : hiệu suất truyền động của bộ truyền đai.
Công suất làm việc của động cơ:
P
ct
Ta chọn động cơ điện 3 pha Toshiba 4 pole P=7,5 kW Hz =50, số vòng quay n=1450 (vòng/phút).
4.5. Tính toán thiết kế bộ truyền động đai4.5.1. Thông số đầu vào 4.5.1. Thông số đầu vào
Các thông số làm việc của bộ truyền:
+ Công suất trên trục dẫn: P1= 6,7 (kW)
+ Số vòng quay của trục Z: nz= 2000( vòng/phút) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Số vòng quay trên trục nằm ngang: (vòng/phút)
n1= n
1
n
Điều kiện làm việc:
+ Tải trọng tĩnh, dao động nhẹ, va đập.
+ Đai được điều chỉnh được.
+ Làm việc ca
+ Đai được định kỳ điều chỉnh lực căng đai.
4.5.2. Tính toán thiết kế bộ truyền đai
Chọn tiết diện đai dựa vào P1 và n1 theo hình 4.1 các loại tiết diện đai hình thang ( TT TKHDĐ CK TẬP 1) trang 59:
Với vận tốc của trục z: π.42.2000
60.1000 =4,4(m/s) < 25 (m/s) nên dùng đai thang thường.
Với P1= 6,7 (kW) và ndc= 1450 (vòng/phút)
Hình 4.9 Chọn loại tiết diện đai hình thang[1]
Ký hiệu: A
Tra bảng 4.13 trang 59 TTTK HDĐCK TẬP 1 Ta có:
Vận tốc đai:
v= π.d.n
4.5.2.1. Đường kính của bánh đai nhỏ
d .u 160.0,54
d 2 = 1 = =88 mm
Trong đó:
u= 0,54: tỉ số truyền của đai
ε=0.02 Dựa vào bảng 4.21 TT TKHDĐCK Tập 1 chọn Tỉ số truyền thực tế: (4.2)[1] d u = d d 1
Sai số: δ= 5,5% thuộc phạm vi cho phép.
Vậy đường kính bánh đai nhỏ d1 =160 mm và đường kính bánh đai lớn d2=90 mm.
Khoảng cách trục a: a (1,5...2) d1 +d2 a=1,6. 160+90 =400 mm (CT 4.2 trang 53)[1]
Điều kiện kiểm tra: 0,55(d1 +d 2 ) + h £ a £ Chiều dài đai l:
2(d1 +d 2 ) Û 145 £ a £ 500 thỏa điều kiện vậy a=400 mm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
π
l=2a+ (d
2
l = 1195,7 mm dựa vào bảng 4.13 chọn l = 1250 mm kiểm nghiệm tuổi thọ của đai:
l
i: số lần cuốn của đai/giây.
Xác định chính xác khoảng cách trục a theo công thức 4.6[1] a = ( l + Với λ=l- λ=l- π 2 +d 2 ) ; Δ= = 857,3 (mm) d Δ= => a = 427 (mm)
4.5.2.3. Xác định góc ôm α1 theo công thức 4.7
Điều kiện α 1 ≥ 1200
=> α1 ≥1200 (đạt yêu cầu)
4.5.2.4. Xác định số đai can thiết
Z ³
é
ë p
P1 : công suất trên trục dẫn P1 = Pct
Kđ : tính chất tải trọng bảng 4.7 [P0] : tra bảng 4.19.
C
: hệ số ảnh hưởng góc ôm.
C.
: hệ số ảnh hưởng tới tỉ số truyền.
u
Cz : hệ số ảnh hưởng tới số đai.
Ta có: P1 = Pct = 7,1 (kW) Tra bảng ta có: Kđ = 1.25 bảng 4.7 C = 0,98 bảng 4.15 48
C = 1 theo bảng 4.17 với u=0,57
C = 1 bảng 4.18 với P ct [P] C l = 0,95 [P0] = 1,85 bảng 4.19 Z ³ é ë P Chọn Z = 5
Chiều rộng bánh đai B theo công thức: B = (Z – 1)t +2e = (5-1).15+2.10 = 80 mm. Đường kímh ngoài bánh đai:
d1a = d1 + 2ho = 160 + 2.3,3 = 166,6mm d2a = d2 + 2ho = 90 + 2.3,3 = 96,6mm
4.5.2.5. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục lực căng ban đầu
Fo = 780 P1 .Kđ/(V. Fv = qm.V2 = 0,105x12,152 = 15,5 qm = 0.105 (bảng 4.22)[1] P1 = Pct = 7,1 (kW) Kđ = 1,25 V = 12,15 m/s
Z = 5 =>F= o - Lực tác dụng lên trục: F 2F .Z. sin( r o 49 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
1.1. Thông số thiết kế
Chức năng của bộ điều khiển:
- Điều khiển động cơ trục chính, động cơ trục X, động cơ trục Y;
- Cho phép đặt các thông số hàn;
- Cho phép điều khiển bằng tay và tự động;
- Dừng khẩn cấp khi có sự cố xảy ra.
Từ các chức năng trên, thông số kỹ thuật của bộ điều khiển được đề xuất như sau:
- Dùng PC có cài đặt phần mềm March3 để nhận và xử lý các thông tin;
- Dùng Driver và động cơ servo để điều khiển động cơ và dẫn động các trục.
- Dùng biến tần để điều khiển động cơ trục chính
1.2. Sơ đồ kết nối các khí cụ điện
Dựa vào nguyên lý hoạt động của máy và kết cấu cơ khí đã chọn, các khí cụ điện cần thiết và sơ đồ kết nối của chúng được biểu diễn ở hình 5.1.
Hình 5.1: Sơ đồ kết nói các khí cụ điện
5.3. Các thiết bị điện trong bộ điều khiển
Bảng 5.1: Bảng kê các thiết bị điện trong bộ điều khiển
STT Thiết bị
1
3 4 5 6 7 8
10
11
12
CHƯƠNG 6: CHẾ TẠO VÀ KIỂM NGHIỆM
6.1. Chế tạo chi tiết cơ khí6.1.1. Cụm khung đầu máy 6.1.1. Cụm khung đầu máy
Cụm khung đầu máy bao gồm các thành phần (hình 6.1):
-Khung đỡ đầu máy
-Đầu máy
-Động cơ
-Puly động cơ
-Puly đầu máy (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Tấm T che mặt trên
-Mặt bích đầu máy với khung
-Tấm căng đai.
6.1.1.1 . Khung đỡ đầu máy
a) Yêu cầu:
- Vết hàn ngấu, đẹp.
- Vuông góc với thân máy.
b) Thiết kế:
Khung đỡ đầu máy được thiết kế tren phần mềm SolidWorks được giới thiệu ở hình 6.2.
Hình 6.2 Thiết kế cụm khung đỡ đầu máy
c) Chế tạo:
Khung đỡ đầu máy được chế tạo từ thanh thép hoo6p 50x50x6 bằng phương pháp hàn hồ quang như ở hình 6.3.
Hình 6.3 Khung đỡ đầu máy sau khi gia công hàn.
d) Khiểm nghiệm bền khung máy
- Tiến hành mô phỏng độ bền khung máy ở trạng thái không tải trên phần mềm Inventor 2020.
Hình 6.4: Khug máy và đầu máy mô phỏng trên phần mềm Inventor
-Vật liệu:
Khung được chế tạo từ các thanh thép hộp 50x50x6mm với các thông số ở bảng sau:
Khối lượng riêng
Giới hạn chảy
Độ bền kéo
Môđun đàn hồi
Hệ số biến dạng
Môđun cắt
-Điều kiện biên:
+ Chọn mặt phẳng dưới cùng (A) của khung không bị biến dạng.
Hình 6.5: Chọn mặt phẳng cố định
-Mật độ lưới: mật độ lưới trung bình là 2 mm.
Hình 6.6: Mật độ lưới thể hiện trên phần mềm.
Trạng thái không tải (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Do đang phân tích ở trạng thái không tải nên khung máy chỉ chịu ảnh hưởng của trọng lực đầu phay gây ra.
Hình 6.7 : Mô tả trọng lực của đầu phay gây ra chuyển vị đối với khung máy
-Kết quả:
+ Chuyển vị theo phương X: chuyển vị tối đa là 0.001645 mm.
Hình 6.8: Chuyển vị theo phương X khi không tải
+ Chuyển vị theo phương Y: chuyển vị tối đa là 0.03343 mm.
Hình 6.9: Chuyển vị theo Phương Y khi không tải
Hình 6.10: Chuyển vị theo phương Z khi không tải
1..2. Trạng thái có tải
- Trong quá trình hàn tạo ra các lực Fz, Fa và mômen Mz tác dụng lên đầu phay gây chuyển vị đối với khung máy.
- Độ lớn các lực theo như tính toán: Fz = 9000N, Fx = 4000N, Mz = 80000 N.mm
Hình 6.11: Các lực gây ra chuyển vị khung máy
-Kết quả:
+ Chuyển vị theo phương X: chuyển vị tối đa là 0.0028014 mm.
Hình 6.12: Chuyển vị theo phương X khi có tải
+ Chuyển vị theo phương Y: chuyển vị tối đa là 0.0121344 mm.
Hình 6.13: Chuyển vị theo phương Y khi có tải.
Hình 6.14: Chuyển vị theo phương Z khi có tải.
6.1.1.2. Puly động cơ
a) Yêu cầu:
- Độ đồng tâm của lỗ puly với trục động cơ.
- Lắp ghép giữa lỗ puly và trục động cơ là lắp trung gian.
b) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.15: Thiết kế puly gắn động cơ
c) Chế tạo:
Hình 6.16: Puly được lắp hoàn chỉnh với động cơ
6.1.1.3. Puly đầu phay
- Cắt dây CNC. b) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.17: Thiết kế puly gắn đầu phay
c) Chế tạo: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 6.18: Puly đầu phay được lắp ráp hoàn chỉnh
6.1.1.4. Tấm T che mặt trên
a) Yêu cầu:
- Cắt laser thép 15 mm b) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.19: Bản vẽ thiết kế tấm T che mặt trên
c) Chế tạo:
6.1.1.5. Mặt bích đầu máy gắn với khung
a) Yêu cầu:
- Đạt đúng kích thước.
- Đúng yêu cầu kĩ thuật. b) Bản vẽ thiết kế:
Hình 6.21: Bản vẽ thiết kế tấm mặt bích gắn với khung
c) Chế tạo:
-Cắt laser CNC.
6.1.1.6. Bạc đỡ đầu máy phay
a) Yêu cầu:
- Đúng kích thước.
- Đạt yêu cầu kỹ thuật về dung sai độ vuông góc.
b) Bản vẽ thiết kế:
Hình 6.22: Bản vẽ thiết kế bạc đỡ đầu máy phay
c) Chế tạo:
6.1.1.7. Tấm căng đai
a) Yêu cầu:
- Đúng kích yêu cầu kĩ thuật.
- Vát mép cạnh bén. b) Bản vẽ thiết kế:
Hình 6.24: Bản vẽ thiết kế tấm căng đai
c) Chế tạo:
Hình 6.25: Tấm căng đai sau khi lắp khép hoàn chỉnh với khung máy
6.1.2. Cụm vitme dọc
Cụm vitme dọc bao gồm: Động cơ servo.
Hộp giảm tốc 1:25. Vitme. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tấm định vị vitme với thân máy. Gối đỡ vitme.
Khớp nối. Ổ bi.
Lồng giữ khớp nối. Tấm chặn ổ bi.
6.1.2.1. Tấm định vị vitme với thân máy
a) Yêu cầu:
- Cắt laser thép 14mm.
- Mài các góc khỏi sắc bén. b) Thiết kế chi tiết:
c) Chế tạo:
Hình 6.27: Tấm định vị mitme với thân máy sau khi gia công
6.1.2.2. Gối đỡ vitme a) Yêu cầu: - Độ vuông góc giữ các tấm. - Độ phẳng của các mặt phẳng lắp ghép. -Mài các góc sắc bén. 71
c) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.28: Bản vẽ các chi tiết của gối đỡ vitme
c) Chế tạo:
Hình 6.29: Cụm gối đỡ sau khi gia công và lắp gắp hoàn chỉnh vào vỉme 6.1.2.3. Khớp nối
a) Yêu cầu:
- Độ đồng tâm giữa các lỗ với nhau.
- Mài các cạnh sắc bén.
- Đầu gắn với vitme có ren.
- Đầu gắn với dộng cơ có then.
Hình 6.30: Khớp nối 3D
c) Chế tạo:
Hình 6.31: Khớp nối sau khi gia công hoàn chỉnh
6.1.2.4. Lồng giữ khớp nối
a) Yêu cầu:
- Độ đồng tâm của các lỗ.
- Mài các góc sắc bén.
b) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.32: Bản vẽ thiết kế lồng giữ khớp nối
c) Chế tạo:
6.1.3.5. Tấm chặn ổ bi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a) Yêu cầu:
- Mài các góc sắc bén.
- Cắt laser thép tấm 5mm. b) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.34: Bản vẽ thiết kế tấm chặn ổ bi
c) Chế tạo:
Hình 6.35: Tấm chặn ổ bi sau khi hoàn thiện
6.1.3. Cụm vitme ngang
Cụm vitme dọc bao gồm:
- Động cơ servo.
- Hộp giảm tốc 1:15.
- Vitme.
- Tấm định vị vitme với thân máy.
- Gối đỡ vitme.
- Khớp nối.
- Ổ bi.
- Lồng giữ khớp nối.
- Tấm chặn ổ bi.
6.1.3.1. Tấm định vị vitme với thân máy
a) Yêu cầu:
- Cắt laser thép 14mm.
- Mài các góc khỏi sắc bén. b) Thiết kế chi tiết:
d) Chế tạo:
Hình 6.37: Tấm định vị vitme với thân máy hoàn thiện
6.1.3.2.Gối đỡ vitme a) Yêu cầu: - Độ vuông góc giữ các tấm. - Độ phẳng của các mặt phẳng lắp ghép. - Mài các góc sắc bén. 77
c) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.38: Bản thiết kế gối đỡ
d) Chế tạo:
6.1.3.3. Khớp nối
a) Yêu cầu:
- Độ đồng tâm giữa các lỗ với nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Mài các cạnh sắc bén.
- Đầu gắn với vitme có ren.
- Đầu gắn với dộng cơ có then. b) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.40: Mô hình thiết kế 3D của khớp nối
Chế tạo:
Hình 6.41: Khớp nối sau khi chế gia công hoàn thiện
6.1.3.4. Lồng giữ khớp nối
a) Yêu cầu:
- Độ đồng tâm của các lỗ.
- Mài các góc sắc bén.
b) Thiết kế chi tiết:
Hình 6.42: Bản vẽ thiết kế lồng giữ khớp nối
c) Chế tạo:
KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. Kết luận
Đồ án tốt nghiệp đại học: “Nghiên cứu, thiết kế và phát triển máy hàn ma sát khuấy’’ đã hoàn thành được các nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu, tổng hợp lý thuyết về công nghệ hàn ma sát khuấy cũng như dụng cụ hàn ma sát khuấy phục vụ cho quá trình chế tạo chốt hàn;
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy hàn;
- Tính toán, thiết kế kết cấu của máy;
- Tính toán hệ dẫn động của máy;
- Tiến hành thiết kế, chế tạo các cụm chi tiết của máy hàn ma sát khuấy;
2. Kiến nghị
Do thời gian thực hiện đề tài có hạn do vừa tham gia học tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp, cùng với thời gian đặt hàng một số thiết bị Công nghệ (Biến tần) không cho phép nên chưa thể vận hành thử nghiêm máy hàn. Thiết bị sẽ được vận hành ngay sau khi hoàn chỉnh. Kính mong bộ môn, khoa sẽ tiếp tục tạo điều kiện để tôi có thể tham gia tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới.
- Xây dựng, lắp ráp bộ điều khiển cũng như phát triển phần mềm để có thể tiến hành thử nghiệm thiết bị trong thời gian gần nhất.
- Nghiên cứu phát triển phần mềm để có thể vận hành máy hàn được các đường hàn 2D.
- Nghiên cứu phát triển kết cấu, thiết bị điều khiển, phần mềm để có thể vận hành máy hàn được các đường hàn 3D.
- Trong thời gian sắp tới hy vọng sẽ phát triển đề tài theo hướng tự động hóa cao, với các cơ cấu tự động cấp phôi, điều khiển tự động cơ cấu hạ dao tự động, các loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến tải trọng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, “Tính toán thết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1”, Nhà xuất
bản giáo dục Việt Nam, Tp. HCM, Việt Nam. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[2] A Friction Stir Welding and Processing - Science and Engineering (Springer 2014)
[3] Machines and control systems for friction stir welding
[4] The importance of friction stir welding tool
[5] A Handbook on Friction Stir Welding _ all kind welding
[6] Microstructural evolution and mechanical properties of dissimilar Al-Cu joints.
[7] Material of tool friction stir welding
[8] Effect-of-Tool-Pin-Profile-on-Mechanical-Strength-on-Friction-Stir-Welded-AA- 6063
[9] Friction-stir-processing
[10] Friction Stir Welding of Aluminum - Copper
[11] Modelling of friction stir welding for robotic implementation
[12] Experimental Measurements of Load Distributions on Friction Stir Weld Pin Tools.