Lực tối đa tác dụng lên thân đồ gá
F = FTải = mmax .g = 40.10 = 400 (N) Trong đó F: lực tác dụng (N).
g = 10: gia tốc trọng trường (m/s2). Moment xoắn tối đa
Vì cơ cấu gồm có hai gối đỡ là một khớp nối nên sẽ có hiệu suất nhất định. Hiệu suất: (Tra bảng 2.1, trang 31, sách Thiết kế Đồ án Chi tiết máy, TS Văn Hữu Thịnh – TS Nguyễn Minh Kỳ).
ɳ = ɳô2. ɳkt = 0,992.1 = 0,98 Trong đó: ɳkt = 1 : Hiệu suất khớp nối trục đàn hồi.
ɳô = 0,99 : Hiệu suất gối đỡ trục.
Moment xoắn lớn nhất mà động cơ cần cung cấp để quay khung sắt là: Tct = F.d
ɳ
Với Tct: moment xoắn trên trục công tác (N.mm). d: chiều dài cánh tay đòn (m).
Vì khung sắt có kích thước dx x dy = 1500 x 500mm, quay tròn theo phương trục X nên cánh tay đòn được xác định theo hướng trục Y.
39 dss = 500
2 = 250 (mm)
Xét trường hợp khung vuông góc với mặt đất:
Vì khung làm từ thép hợp vuông 50x50x1,5 (mm) nên dy1 = 50 (mm). dvg = 50
2 = 25 (mm)
Xét trường hợp khung hợp với mặt đất góc 𝛼, với 00 < 𝛼 < 900: Với 𝛼 = 450
d𝛼 = 250.cos(450) = 176,78 (mm)
Trường hợp khung song song với mặt đất có chiều dài cánh tay đòn lớn nhất nên ta lấy d = dss = 250 (mm) để tính moment xoắn
Tct = F.d
ɳ =
400.250
0,98 = 102040,81 (N.m)
Vì moment xoắn lớn, tốc độ quay chậm (3 vòng/phút) cho nên ta cần dùng hộp giảm tốc để tăng moment xoắn, giảm số vòng quay, tiếp kiệm kinh phí. Ta chọn hộp giảm tốc có tỉ lệ 1/25.
Moment xoắn tối đa trên trục động cơ: Tđc = Tct ɳ hgt = 102040,81 25 = 4081,63 (N.mm) = 4081,63.10-3 (N.m) Vận tốc trên trục động cơ: vđc = vct. ɳ ℎ𝑔𝑡 = 3.25 = 75 (vòng/phút) Công suất lớn nhất trên trục động cơ:
Pđc = 𝑇đ𝑐. 𝑣đ𝑐 = 4081,63.10-3.75 = 306,12 (W) STT Thông số Số liệu
1 Công suất 306,12 (W)
2 Moment xoắn 4081,63 (N.mm)
3 Vận tốc 3 (vòng/phút)
40 Tiến hành so sánh giữa các phương án đã đưa ra ở Chương 2 để chọn ra phương án thích hợp.
Thiết bị Thông số
Tốc độ Cao, tối đa 3000 ÷ 5000 rpm Thấp, tối đa 1000÷2000 rpm Đối tượng điều khiển Tốc độ, vị trí, moment Vị trí
Phương pháp điều khiển Điều khiển vòng kín Điều khiển vòng hở Bộ điều khiển Phức tạp, do nhà sản xuất
cung cấp
Đơn giản, có thể tự chế tạo Độ phân giải Rất cao (lên đến 23 bit tùy
thuộc vào Encoder)
Thấp ( 0,36o ÷ 15o)
Nhiễu và rung động Ít Nhiều
Hiện tượng trược bước sảy ra khi tăng tải trọng
Khó sảy ra Có sảy ra
Bảo dưỡng Phức tạp, cần bảo dưỡng định kì thường xuyên
Đơn giản, nhỏ gọn, ít bảo dưỡng
Giá thành Cao Thấp
Bảng 4. So sánh giữa động cơ AC Servo và động cơ Step.
41 Thiết bị
Thông số
Ứng dụng điều khiển Tốc độ, độ chính xác cao, thay đổi trạng thái nhanh và liên tục
Không yêu cầu tốc độ, độ chính xác cao, ổn định Đối tượng điều khiển Tốc độ, vị trí, moment Tốc độ
Khả năng đa nhiệm Không Có
Độ đáp ứng Nhanh (200 ÷ 1500 rad/s) Chậm ( > 100 rad/s) Độ chính xác Cao ( > 1 µs) Chậm ( > 100 µm)
Chế độ khóa Có Không
Tần số khởi động/dừng 20 ÷ 600 vòng/phút > 20 vòng/phút
Moment xoắn tối đa Lớn (300%) Nhỏ (150%)
Công suất Đa dạng (10W ÷ 60kW) Ít đa dạng (100W ÷ 300kW)
Kích thước Nhỏ, gọn tiện lợi To, nặng
Giá thành Cao Thấp
Bảng 5. So sánh giữa điều khiển bằng biến tần và bộ điều khiển Servo. Yêu cầu thực tế của Đồ gá khung sắt:
- Độ chính xác cao
- Điều khiển được các yếu tố tốc độ, vị trí, moment theo từng trường hợp hàn. - Tải lớp (40kg) nếu dùng động cơ Step sẽ cần nguồn lớn, dễ bị trược bước. - Ưu tiên kích thước nhỏ gọn để dễ bố trí, tối ưu hóa hệ thống.
42 Ta chọn động cơ Servo HG-KR43J Mitsubishi và Driver MR J4 40A Mitsubishi.
STT Thông số Số liệu
1 Điện áp 220 VAC
2 Công suất 400 (W)
3 Moment xoắn 1,3 (N.m), tối đa (4,5 N.m)
4 Encoder 22 bit, 4 194 304 (xung/vòng)
5 Tốc độ 3000 (vòng/phút)
6 Kích thước trục ra 14 (mm)
7 Động cơ có phớt chặn dầu
Bảng 6. Thông số kỹ thuật Servo HG-KR43J Mitsubishi. Hình 3.5. Động cơ Servo HG-KR43J.
43
STT Thông số Số liệu
1 Điện áp nguồn cấp 3-phase 200 VAC hoặc
1-phase 230 VAC)
2 Điện áp 200 – 230 (V)
3 Công suất 400 (W)
4 Loại Servo Servo Amplifer
5 Motor tương thích HC-KFS43, HC-KFS43B
6 Phương pháp điều khiển Điều chế xung PWM, điều chỉnh dòng điện
7 Hãng sản xuất Mitsubishi – Nhật Bản
Bảng 7. Thông số kỹ thuật Driver MR J4 40A. Hình 3.6. Driver MR J4 40A Mitsubishi.
44