Tính toán chọn ộng cơ trục X Theo thông số thiết kế ta có:
+ Khối lượng trục X: m = 10 kg + Chiều dài trục X: l =500 mm + Bước vít: 𝑃𝐵= 4 mm
+ Đường kính vít me: 𝐷𝐵= 8 mm Tính momen xoắn cho ộng cơ bước: [6]
𝑇𝑀= (𝑇𝑎+ 𝑇𝐿). 𝑆𝑓 Trong ó: 𝑇𝐿: momen tải 𝑇𝑎: momen tăng tốc 𝑆𝑓: hệ số an toàn Công thức tính 𝑇𝐿: (4.11) 𝐹. 𝑃𝐵 𝜇0. 𝐹0. 𝑃𝐵 1 𝑇 = ( + ) . (4.12)
𝜃: góc nghiêng của trục X (00)
Hình 4.6 Lực làm trục X di chuyển
Coi ngoại lực tác dụng là không áng kể, khối lượng trục X là 10 (kg) và góc nghiêng trục X bằng 0 ộ.
Thay số vào công thức (4.13) ta có:
𝐹 = 0 + 0,1.10.10 = 10 (N)
Do ộng cơ ược nối với cơ cấu truyền ộng vitme bằng khớp nối cứng nên hệ số truyền tải bằng 1:
Thay số vào công thức (4.12) ta có:
𝑇𝐿= (10.4. 10 −3 + 0,3.10.4.
10−3) . 1 = 7,34.10−3(𝑁. 𝑚)
2. 𝜋. 0,95 2.3. 𝜋 1
Công thức tính momen tăng tốc: (áp dụng chung cho các ộng cơ)
𝑇𝑎 = 𝐽0. 𝑖2 + 𝐽𝐿. (𝑁𝑀 (4.14)
)
9,55 𝑡1
Trong ó:
𝐽0: momen quán tính roto (380.10−7) 𝐽𝐿: momen quán tính tải
𝑡1: thời gian tăng tốc (2s) 𝑁𝑀: tốc ộ quay của trục vít me
Hình 4.7 Đồ thị dịch chuyển của cơ cấu
Tính momen quán tính tải:
𝐽𝐵= . 𝑚. 𝐷𝐵 = . 𝜌. 𝐿𝐵. 𝐷𝐵
8 32
Thay số vào công thức (4.16) ta có:
𝐽𝐿= 𝐽𝐵+ 𝐽𝑇
Momen quán tính của trục vitme:
(4.15) 1 2 𝜋 4 (4.16) 𝐽 𝐵 = 𝜋 32 .7,9.10 3.0.5.0,008 4 =1,59.10 −6( 𝐾𝑔.𝑚 2)
𝑇
2𝜋
Thay số vào công thức (4.17) ta ược:
(4.10−3)2 −5
𝐽𝑇= 10. = 2,55. 10 (𝐾𝑔. 𝑚2)
2. 𝜋
Trong ó:
m: khối lượng bàn máy 𝑃𝐵: bước của vít me Suy ra momen quán tính tải theo công thức (4.15):
𝐽𝐿 = 1,59. 10−6 + 2,55.10−5 = 2,71.10−5(Kg.𝑚2) Chọn tốc ộ quay của trục vít me 𝑁𝑀= 250 (vòng/phút) Momen tăng tốc theo công thức (4.14):
𝑇𝑎= 2,71.10 −5 + 380.10−7 . 250
= 0,85. 10−3(𝑁. 𝑚)
9,55 2
Chọn hệ số an toàn 𝑆𝑓= 2 ta có momen xoắn của ộng cơ theo công thức (4.11): 𝑇𝑀= (0,85.10−3 + 7,34.10−3). 2 = 0,0164 (𝑁. 𝑚)
Tính toán chọn ộng cơ trục Y Theo thông số thiết kế ta có:
+ Khối lượng trục Y: m = 2 kg + Chiều dài trục Y: l = 100 mm
Hình 4.8 Momen quán tính trục vít me Trong
ó:
𝐷𝐵: ường kính trục vít me 𝐿𝐵: chiều dài vít me
𝜌: khối lượng riêng của thép Momen quán tính của bàn máy:
𝑃𝐵2
+ Bước vít: 𝑃𝐵 = 4 mm
+ Đường kính vít me: 𝐷𝐵 = 8 mm Tính momen xoắn cho ộng cơ: [6]
𝑇𝑀= (𝑇𝑎+ 𝑇𝐿).𝑆𝑓 (4.11) Trong ó: 𝑇𝐿: Momen tải 𝑇𝑎: Momen tăng tốc 𝑆𝑓: Hệ số an toàn Công thức tính 𝑇𝐿: 𝑇𝐿= ( 𝐹. 𝑃𝐵 𝜇0. 𝐹0. 𝑃𝐵 1 (4.12) + ) . 2. 𝜋. 𝜂 2. 𝜋 𝑖 Trong ó: F: Lực làm bàn máy di chuyển 𝐹0: Độ dôi dự tính (𝐹0=1/3 F)
𝜇0: Hệ số ma sát khớp nối ren (0,1-0,3 lấy bằng 0,3) 𝜂: Hiệu suất ộng cơ (0,85-0,95 lấy bằng 0,95) 𝒾: Tỷ số truyền của hệ thống. 𝑃𝐵: Bước của vít me (4 mm) Tính lực làm bàn máy dịch chuyển F: 𝐹 = 𝐹𝐴+ 𝑚𝑔(sin 𝜃 + 𝜇. cos 𝜃) (4.13) Trong ó: 𝐹𝐴: Ngoại lực 𝜇: Hệ số ma sát bề mặt(0,1)
𝜃: Góc nghiêng của trục Y (00)
Coi ngoại lực tác dụng là không áng kể, khối lượng trục Y là 2 (kg) và góc nghiêng trục Y bằng 0 ộ.
Thay số vào công thức (4.13) ta có:
𝐹 = 0 + 0,1.2.10 = 2 (N)
Do ộng cơ ược nối với cơ cấu truyền ộng vitme bằng khớp nối cứng nên hệ số truyền tải bằng 1:
Suy ra momen của tải theo công thức (4.12):
𝑇𝐿= ( 2.4.10−3 + 0,3.2.4. 10−3) . 1
= 1,46. 10−3(𝑁. 𝑚)
2. 𝜋. 0,95 2.3. 𝜋 1
Công thức tính momen tăng tốc 𝑇𝑎: (áp dụng chung cho các ộng cơ)
2 𝐽0. 𝑖 + 𝐽𝐿 𝑁𝑀 𝑇𝑎= . ( ) 9,55 𝑡1 Trong ó:
𝐽0: Momen quán tính roto (380.10−7) 𝐽𝐿: Momen quán tính tải
𝑡1: Thời gian tăng tốc (2s) 𝑁𝑀: Tốc ộ quay của trục vít me Tính momen quán tính tải 𝐽𝐿:
(4.14)
𝐽𝐿= 𝐽𝐵+ 𝐽𝑇
Momen quán tính của trục vitme 𝐽𝐵:
(4.15)
1 2 𝜋 4
𝐽𝐵= . 𝑚. 𝐷𝐵 = . 𝜌. 𝐿𝐵. 𝐷𝐵
8 32
Thay số vào công thức (4.16) ta có: 𝜋
𝐽 = . 7,9. 103.0,1. 0,0084 = 0,31.10−6(𝐾𝑔. 𝑚2)
𝑇
2𝜋 Thay số vào công thức (4.17) ta ược:
(4. 10−3)2 −5
𝐽𝑇= 2. = 0,51.10 (𝐾𝑔. 𝑚2)
2. 𝜋 Trong ó:
m: Khối lượng bàn máy 𝑃𝐵: Bước của vít me
Suy ra momen quán tính tải 𝐽𝐿 theo công thức (4.15): 𝐵
32 Trong ó:
𝐷𝐵: Đường kính trục vít me 𝐿𝐵: Chiều dài vít me
𝜌: Khối lượng riêng của thép Momen quán tính của bàn máy 𝐽𝑇:
𝑃𝐵2
𝐽𝐿= 0,31.10−6 +0,51.10−5 =0,54.10−5 (Kg.𝑚2) Chọn tốc ộ quay của trục vít me 𝑁𝑀= 250 (vòng/phút) Momen tăng tốc 𝑇𝑎 theo công thức (4.14):
𝑇𝑎= 0,54.10 −5 + 380.10−7 . 250
= 0,5.10−3(𝑁. 𝑚)
9,55 2
Chọn hệ số an toàn 𝑆𝑓= 2 ta có momen xoắn của ộng cơ theo công thức (4.11): 𝑇𝑀= (0,5. 10−3 + 1,46.10−3). 2 = 3,92. 10−3 (𝑁. 𝑚) Tính chọn ộng cơ trục Z Theo thông số thiết kế ta có: + Khối lượng trục Z: m = 6 kg + Chiều dài trục Z: l = 500 mm + Bước vít: 𝑃𝐵 = 4 mm + Đường kính vít me: 𝐷𝐵 = 8 mm Tính momen xoắn cho ộng cơ bước: [6]
𝐿 2.𝜋. 𝜂 2. 𝜋 𝑖 Trong ó: F: lực làm bàn máy di chuyển 𝐹0: ộ dôi dự tính (𝐹0=1/3 F)
𝜇0: hệ số ma sát khớp nối ren (0,1-0,3 lấy bằng 0,3) 𝜂: hiệu suất ộng cơ (0,85-0,95 lấy bằng 0,95)
𝒾: tỷ số truyền của hệ thống 𝑃𝐵: bước của vít me (4 mm) Tính lực làm bàn máy dịch chuyển: 𝐹 = 𝐹𝐴+ 𝑚𝑔(sin 𝜃 + 𝜇. cos 𝜃) (4.13) Trong ó: 𝐹𝐴: ngoại lực 𝜇: hệ số ma sát bề mặt (0,1) 𝜃: góc nghiêng của trục Z ( 900)
Coi ngoại lực tác dụng là không áng kể, khối lượng trục Z là 6 (kg) và góc nghiêng trục Z bằng 90 ộ.
Thay số vào công thức (4.13) ta có:
𝐹 = 0 + 6.10.1 = 60 (N) Trong ó: Công thức tính: 𝑇𝑀= (𝑇𝑎+ 𝑇𝐿).𝑆𝑓 𝑇𝐿: momen tải 𝑇𝑎: momen tăng tốc 𝑆𝑓: hệ số an toàn (4.11) 𝐹. 𝑃𝐵 𝜇0. 𝐹0. 𝑃𝐵 1 𝑇 = ( + ) . (4.12)
Do ộng cơ ược nối với cơ cấu truyền ộng vitme bằng khớp nối cứng nên hệ số truyền tải bằng 1:
Suy ra momen của tải theo công thức (4.12): 60.4. 10−3 0,3.60.4. 10−3 1
𝑇𝐿= ( + ) . =
0,044 (𝑁. 𝑚)2. 𝜋. 0,95 2.3.𝜋 1
Công thức tính moomen tăng tốc: (áp dụng chung cho các ộng cơ)
𝑇𝑎 = 𝐽0. 𝑖2 + 𝐽𝐿. (𝑁𝑀 (4.14) ) 9,55 𝑡1 Trong ó:
𝐽0: momen quán tính roto (380.10−7) 𝐽𝐿: momen quán tính tải
𝑡1: thời gian tăng tốc (2s) 𝑁𝑀: tốc ộ quay của trục vít me Tính momen quán tính tải:
𝐽𝐵= . 𝑚. 𝐷𝐵 = . 𝜌. 𝐿𝐵. 𝐷𝐵
8 32
Thay số vào công thức (4.16) ta có:
𝐽𝐿= 𝐽𝐵+ 𝐽𝑇
Momen quán tính của trục vitme:
(4.15)
𝐽𝑇= 𝑚. 2𝜋 Thay số vào công thức (4.17) ta ược:
(4. 10−3)2
𝐽𝑇= 6. = 1,53.10−5(𝐾𝑔. 𝑚2)
2. 𝜋
Trong ó:
m: khối lượng bàn máy 𝑃𝐵: bước của vít me Suy ra momen quán tính tải theo công thức (4.15):
Hình 4.9Momen quán tính trục vít me Trong
ó:
𝐷𝐵: ường kính trục vít me 𝐿𝐵: chiều dài vít me (0,5m) 𝜌: khối lượng riêng của thép Momen quán tính của trục Z:
𝑃𝐵 2 (4.17) 𝐽 𝐵 = 𝜋 32 .7,9.10 3.0.5.0,008 4 =1,59.10 −6( 𝐾𝑔.𝑚 2)
𝐽𝐿= 1,59. 10−6 + 1,53. 10−5 = 1,689.10−5(Kg. 𝑚2) Chọn tốc ộ quay của trục vít me 𝑁𝑀= 250 (vòng/phút) Momen tăng tốc theo công thức (4.14):
𝑇𝑎= 1,689.10 −5 + 380.10−7 .
250 = 0,72.10−3(𝑁. 𝑚)
9,55 2
Chọn hệ số an toàn 𝑆𝑓= 2 ta có momen xoắn của ộng cơ theo công thức (4.11): 𝑇𝑀= (0,72.10−3 + 0,044). 2 = 0,089 (𝑁. 𝑚) = 89 (𝑚𝑁. 𝑚)
Kết luận: Từ kết quả tính toán trên, ta chọn ộng cơ bước 17PM-K142U. Có momen xoắn là 280 mN.m, momen giữ 11,8 mN.m. [7]
Hình 4.10 Hybrid stepping motor type 17PM-K142U