2.3.3.1 Cấu tạo cơ cấu bàn xoay:
Nguyên lý hoạt động cơ cấu bàn xoay:
Cơ cấu bàn xoay có tác dụng điều chỉnh hướng phát bóng của máy theo phương ngang.
Cấu tạo cơ bản của cơ cấu bàn xoay gồm hai phần chính: đế trên – đế dưới có thể chuyển động tương đối với nhau thông qua ổ bi và con lăn đa hướng,…
Toàn bộ các cơ cấu khác của máy gắn trực tiếp với phần đế trên. Phần đế dưới tiếp xúc trực tiếp với mặt đất ta coi như là phần đế của toàn bộ cơ cấu.
Sử dụng một động cơ điện liên kết cố định với tấm đế trên và liên kết động cơ với một bánh răng (ta coi là bánh răng chủ động) ăn khớp với một bánh răng được gắn cố định trên tấm đế dưới (ta coi là bánh răng bị động).
Bánh răng chủ động quay sẽ ăn khớp với bánh răng bị động từ đó tạo ra chuyển động tương đối giữa hai phần đế trên – đế dưới → chuyển động quay theo phương ngang của máy bắn bóng.
Yêu cầu thiết kế:
- Phù hợp với kích thước của máy bắn bóng. - Chịu được tải trọng của máy.
- Đảm bảo độ cứng vững máy khi hoạt động.
- Đảm bảo quá trình xoay trơn chu không bị đứt quãng.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học Hình 2. 17. Cụm bàn xoay Cụm bàn xoay bao gồm: + Tấm đế trên + Động cơ + Tấm đế dưới + Tấm đỡ + Bánh răng chủ động + Bánh răng cố định + Vòng bi + Ổ bi đỡ
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
a. Thiết kế tấm đế trên: Yêu cầu kĩ thuật:
- Kích thước phù hợp với kích thước tổng của máy 500x500 (mm2) - Chịu được tải trọng của toàn máy (~ 40 kg)
- Đảm bảo độ cứng vững, không bị biến dạng khi máy hoạt động - Đảm bảo đủ không gian để máy cân bằng
Lựa chọn kết cấu cho tấm đế trên:
Đế đáp ứng các yêu cầu trên nhóm lựa chọn thiết kế tấm đế bằng thép tấm với độ dày là 8 mm.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
b. Thiết kế tấm đế dưới: Yêu cầu kĩ thuật:
- Kích thước phù hợp với kích thước tổng của máy 450x450 (mm2) - Chịu được tải trọng của toàn máy (~ 40 kg)
- Đảm bảo độ cứng vững, không bị biến dạng khi máy hoạt động - Đảm bảo đủ không gian để máy cân bằng
Lựa chọn kết cấu cho tấm đế dưới:
Đế đáp ứng các yêu cầu trên nhóm lựa chọn thiết kế tấm đế bằng thép tấm với độ dày là 20 mm.
Kích thước hình học:
Hình 2. 19. Tấm đế dưới
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
Yêu cầu kỹ thuật:
- Chịu được tải trọng của tấm đỡ dưới khi nâng hệ thống bắn bóng - Đảm bảo không bị biến dạng trong quá trình sử dụng
- Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo.
Lựa chọn kết cấu cho tấm đỡ:
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
Hình 2. 20. Kết quả mô phỏng Ứng suất max: max 23Mpa
Chuyển vị max: ymax 0.383mm
Thỏa mãn độ bền cơ tính của thép.
d. Lựa chọn ổ lăn:
Ổ lăn là một dạng của ổ đỡ trục, đây là cơ cấu cơ khí giúp giảm thiểu lực ma sát bằng cách chuyển ma sát trượt của 2 bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển động thành ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi được đặt cố định trong một khung hình khuyên.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
Ổ lăn ở xe đạp và một số thiết bị khác còn được gọi là vòng bi.
Với kết cấu của cơ cấu bàn xoay → ổ bi chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm vì vậy nhóm quyết định dùng một ô lăn dạng ổ bi đỡ một dãy.
+ Khả năng tải tương đối.
+ Khả năng quay nhanh tương đối. + Giá thành tương đối.
Và để phù hợp vị trí đặt ổ lăn và phù hợp với kích thước của tấm đế trên (ổ bi được gắn với trục tấm đế trên) ta có lựa chọn sơ bộ như sau.
Tra theo bảng P2.7 – Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí – tập 1
Kí hiệu d, mm D, mm B, mm r, mm C, kN C0,kN
108 40 68 15 1,5 13,20 9,45
Bảng 2.5. Thông số của ổ bi đỡ
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
Hình 2. 21. Ổ bi đỡ
e. Lựa chọn con lăn đa hướng:
Với kết cấu của cụm bàn xoay, chịu tác dụng của lực là trọng lực của toàn bộ máy ta lựa chọn con lăn đa hướng để đỡ toàn bộ hệ thống (6 con lăn).
Con lăn đa hướng hay còn gọi là con lăn bi cầu có thể quay theo nhiều hướng, có tác dụng dùng để chuyển hướng đi của sản phẩm theo nhiều góc khác nhau phù hợp với yêu cầu của nhà sản xuất.
Con lăn đa hướng có thể chuyển góc đi của sản phẩm lên tới 360 độ.
Sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp nhẹ, linh kiện điện tử, vận chuyển hàng thùng, hòm, vật liệu có mặt đáy phẳng.
Con lăn đa hướng có nhiều kích thước khác nhau chủ yếu được phân thành 2 loại con lăn hạt bi nhựa và con lăn hạt bi sắt.
Con lăn được lắp trên các mặt phẳng ngang để xoay các hướng, chịu được sự mài mòn cao, tuổi thọ lâu dài, dễ dàng bảo trì và sửa chữa, thay mới.
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
2.3.3.3. Tính toán chọn động cơ và bộ truyền động cho cơ cấu bàn xoay a. Tính chọn động cơ:
Khối lượng của toàn bộ cơ cấu:
GT ≈ 40 (kg) → PT ≈ 392 (N)
Xét các lực tác dụng lên cơ cấu đế xoay trong quá trình làm việc: fms : Lực ma sát của cơ cấu tác dụng lên con lăn đa hướng
fms = PT.f = 392.0,1 = 39,2 (N)
f = 0,1 : Hệ số ma sát của con lăn đa hướng fmsOL: Lực ma sát của ổ lăn
msOL T OL
f P .f 392.0,02 7,84(N)
OL
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
Để cơ cấu có thể chuyển động, ta cần cấp một momen M tại tâm thắng được momen do lực ma sát của fms và ma sát tại ổ lăn fmsOL.
ms msOL
M M M
Trong đó:
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học + MmsOL fmsOL.l17,84.0,02 0,1568( . ) N m (f:hệ số ma sát của ổ lăn = 0,02)
7,84 0,1568 8( . )
M Mms MmsOL N m
Công suất tại tâm O của cơ cấu: M.n (W) 9,55 O P Trong đó:
+ M (mô men xoắn tại tâm O)= 8 (N.m)
+ n(tốc độ quay mong muốn tại O) = 15(v / ph)
→ M.n 8.15 12,56( ) 9,55 9,55 O P W
Lựa chọn cặp bánh răng ăn khớp: Để phù hợp với kích thước của cơ cấu nâng hạ và để giảm thiểu tối đa công suất cho động cơ quay, ta lựa chọn cặp bánh răng ăn khớp:
Z1 = 18(răng) Z2 = 98 (răng) → Tỉ số truyền:
2 1 98 5,44 18 Z u Z
Công suất trên trục động cơ O1:
0 1 P P Trong đó: + (hiệu suất hệ dẫn động) → BR. OL3 . BR. K
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn máy và ma sát học
→ OL3 . BR. K 0,97.0,99 .1 0,9413
Vậy công suất trên trục động cơ O1:
1 12,56 13,35( ) 0,941 PO P W Lựa chọn hệ số an toàn k 1,5 : 1 . 13.35.1,5 20( ) Pyc k P W
Số vòng quay trên trục động cơ:
1 . 5,44.15 81,6( / )
n u n v ph
Kết luận:
Động cơ yêu cầu phải thỏa mãn:
81,6 / 20 đc sb đc yc n n vg ph P P W Kiểm bền bánh răng:
Do bộ truyền ăn khớp bánh răng của cơ cấu bàn xoay giống với bộ truyền ăn khớp bánh răng của cơ cấu phát bóng nên như đã kiểm bền ở trên thì bộ truyền bánh răng đảm bảo các yêu cầu về thiết kế và độ bền.