CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ
4.3. Truyền động trục X
- Sơ đồ cho truyền động trục X:
Hình 4.8 Sơ đồ truyền động trục X
Khối lượng bàn máy: mbàn máy = 500 Kg Fa=Fx+Nbàn máy = 4000+5000= 9000 N
4.3.1. Tính toán bộ truyền vít me - đai ốc bi theo độ bền kéo/nén4.3.1.1. Xác định sơ bộ đường kính trong d1 của vít me 4.3.1.1. Xác định sơ bộ đường kính trong d1 của vít me
Theo điều kiện bền ta có : d1 ≥ 4.1,3.F
é
p .ë s
(8.19) [1]
Trong đó :
- d1 là đường kính trong của vít me (mm)
- Fa là lực dọc trục é s - ë Trục vít me ở đây được làm từ thép 45, có (MPa) [ s = 120
Thay các giá trị vào ta được giá trị của d1
(mm).
Chọn d1 = 28 (mm)
4.3.1.2. Chọn các thông số khác của bộ truyền
4.1,3.9000
- Đường kính bi: db= (0.08÷0.15) d1=0,1.28 = 2,8 (mm) Chọn db = 3,175 (mm)
- Bước vít: p = db + (1÷5) =3,175+2 =5,175 (mm) Chọn p = 6 (mm)
- Bán kính rãnh lăn : r1 =( 0,51÷0,53) db= 0,51.3,175 = 1,62 (mm)
- Khoảng cách từ tâm rãnh đến tâm bi:
c =æç r - è
d = ç1,62-æ
è = 0,02 (mm)
Trong đó :b là góc tiếp xúc, nên chọn khe hở hướng tâm sao chob =45o như thế độ cứng dọc và khả năng tải của vít tăng.
- Đường kính vòng tròn qua các tâm bi: Dtb=d1+ 2.(r1-c) = 31,2 (mm)
- Đường kính trong của ren đai ốc: D1= Dtb + 2(r1-c) = 34,4 (mm)
- Chiều cao làm việc của ren:
h1= (0.3÷0.35) db= 0,32.3,175 = 1,01 (mm) Chọn h1= 1 (mm)
- Đường kính ngoài của vít d và của đai ốc D: d= d1+ 2.h1 = 25 (mm)
D =D1- 2.h1 =27,4 (mm)
- Góc nâng vít γ :
γ = arctg(
- Số vòng ren làm việc theo chiều cao đai ốc không nên quá 2- 2,5 vòng, nếu không sẽ làm tăng sự phân bố không đồng đều tải trọng cho các vòng ren.
- Số bi trong các vòng ren làm việc:
Zb=
Với K: số vòng ren làm việc là K=2,3. Chọn Zb= 70
- Khe hở hướng tâm:
D = D - (2d
1 Trong trường hợp không quy định khe hở hướng tâm trong điều kiện kỹ thuật
thì nên chọn: D= 0,03...0,12mm
- Khe hở tương đối:
c = D = 0, 05 = 0, 0017 d1 28 - Góc ma sát lăn thay thế: j = arctg( 1 Trong đó: ft =0,004…0,006: Hệ số ma sát lăn. Chọn ft
- Hiệu suất biến chuyển động quay thành chuyển động
=0,005 tịnh tiến:
η =
Và khi biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay:
η = tg( g - j 1) = tgg tg(3,5 + 0, 03) tg3,5 - T =
Mômen quay đai ốc:
F .D .
a tb
4.3.1.3. Kiểm nghiệm bền
Tải trọng riêng dọc trục: q a =
Với λ = 0,8 – hệ số phân bố tải trọng không đều cho các viên bi. Từ c = 0,0022 và qa= 18 từ đồ thị ta xác định được σmax = 3700 MPa
Hình 4.8 Đồ thị xác định ứng suất lớn nhất σmax
s
max
Thỏa mãn độ bền
Yêu cầu : Đối với mặt làm việc của vít và đai ốc đạt Đối với bi đạt
HRC³
HRC ³
4.3.2. Chọn động cơ trục X
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)
+ 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.
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
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
-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
- 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:
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.
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 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
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.
- 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: