Hình 4.7: Cụm trục Z 2D
1-Bút in nhãn 2-Đồ gá đầu bút 3-Trục vít 4-ổ lăn 5-Động cơ
Thông số đầu vào:
- Khối lượng bút in: 10 g.
- Tốc độ vòng trên trục: 𝑁𝑚𝑎𝑥 = 700 𝑣/𝑝ℎ. - Moment xoắn: 0.43 N.m
- Hệ số ma sát trơn bề mặt: 𝜇 = 0,1. - Khối lượng đồ gá đầu bút: 𝑀 = 300g.
1. Một số đặc điểm của bộ truyền
Ta thấy trong quá trình nâng bút, lực dọc trục Fa tác dụng lên bộ truyền này là tổng khối lượng của (1) + (2).
42
Đặc điểm của bộ truyền:
Hình 4.8: Bộ truyền vít me- đai ốc
➢ Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, chịu lực lớn, dịch chuyển chậm. - Kích thước nhỏ, gọn.
- Thực hiện được các dịch chuyển cần độ chính xác cao. - Điều khiển một cách dễ dàng.
➢ Nhược điểm:
- Hiệu suất thấp do ma sát trên ren. - Chóng mòn.
2. Chọn vật liệu trục vít và đai ốc
Ngoài yêu cầu về độ bền, vật liệu làm vít cần có độ bền mòn cao và dễ gia công.
− Vật liệu vít: Thép 45.
− Vật liệu đai ốc: Đồng. Ta có khối lượng các chi tiết là:
− Khối lượng trục vít - đai ốc: 280(g).
− Khối lượng đầu bút: 10 (g).
− Khối lượng đồ gá đầu bút: 300(g).
𝑚 = 280 + 10 + 300 = 590 (𝑔)
Lấy khối lượng trục vít và các chi tiết khác là 𝑚 = 600(𝑔).
Ta có lực dọc trục 𝐹𝑎 tác dụng lên bộ truyền trục vít là tổng khối lượng của đồ gá đầu bút và đầu bút in.
43
𝐹𝑎 = 𝑁 = 𝑚1. 𝑔 = 0,31.9,81 = 3,0411(𝑁)
Đường kính trung bình của ren trục vít
Theo điều kiện bền ta có :
𝑑2 ≥ √𝜋.𝜓𝐹𝑎
𝐻.𝜓ℎ[𝑞] (1) [20] Trong đó :
Fa - lực dọc trục , N;
𝜓𝐻 = 𝐻/𝑑2- hệ số chiều cao đai ốc với 𝐻 - chiều cao đai ốc. Đai ốc nguyên, chọn 𝜓𝐻 = 2,0.
𝜓ℎ = ℎ/𝑝- hệ số chiều cao ren, với h- chiều cao làm việc của ren, p- bước ren; ren hình thang, chọn 𝜓ℎ = 0,5.
[𝑞]- áp suất cho phép, phụ thuộc vật liệu vít và đai ốc. Ta có vật liệu vít-đai ốc là thép- đồng thanh, chọn [𝑞] = 10(𝑀𝑃𝑎). Theo (1):
𝑑2 ≥ √ 3,0411
𝜋. 2,0.0,5.10 = 0,311
Chọn đường kính trung bình 𝑑2 = 7(𝑚𝑚) đường kính ngoài 𝑑 = 8(𝑚𝑚), đường kính trong 𝑑1 = 6(𝑚𝑚), bước ren 𝑝 = 2(𝑚𝑚).
3. Chọn các thông số của vít và đai ốc
− Theo công dụng của bộ truyền và yêu cầu về tự hãm, chọn số đầu mối ren 𝑧ℎ: Trường hợp cần đảm bảo tính tự hãm, chọn số mối ren 𝑧ℎ = 1, trái lại nếu yêu cầu vít thực hiện hành trình lớn hơn sau một vòng quay thì chọn ren nhiều đầu mối (𝑧ℎ > 1).
Chọn 𝑧ℎ = 4. Ta có bước vít: 𝑝ℎ = 𝑧ℎ. 𝑝 = 4.2 = 8(𝑚𝑚).
và góc vít: 𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 [ 𝑝ℎ
(𝜋𝑑2)] = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 [ 8
(𝜋.7)] = 200 (2) [20].
Sau khi xác định được góc vít ta kiểm tra điều kiện tự hãm: 𝜌 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔( 𝑓
𝑐𝑜𝑠𝛿) (3) [20]. Trong đó 𝛿- góc nghiêng của cạnh ren làm việc; ren hình thang, chọn 𝛿 = 150 .
𝑓- hệ số ma sát, phụ thuộc vào cặp vật liệu của vít và đai ốc, với thép – đồng thanh không thiếc, f= 0,4.
44 Theo (3): 𝜌 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 ( 0,4
𝑐𝑜𝑠150) = 22,50
𝛾 < 𝜌
− Xác định chiều cao đai ốc và số vòng ren
Từ 𝑑2 và hệ số chiều cao 𝜓𝐻 tính được chiều cao đai ốc: 𝐻 = 𝜓𝐻. 𝑑2 = 2.7 = 14(𝑚𝑚)
(4)
Chọn 𝐻 = 15(𝑚𝑚).
Số vòng ren của đai ốc: 𝑧 = 𝐻
𝑝 =15
2 = 7 ≤ 𝑧𝑚𝑎𝑥 = 10 … 12 (5)
Để tránh làm tăng sự phân bố không đều tải trọng dọc trục cho các vòng ren.
4. Tính kiểm nghiệm về độ bền
Kiểm tra độ bền theo ứng suất tương đương
𝜎𝑡đ = √𝜎2+ 3𝜏2 = √(𝜋𝑑4𝐹𝑎 12
)2+ 3( 𝑇
0,2𝑑13)2 ≤ [𝜎] (6) [20] Trong đó:
𝐹𝑎, 𝑇 – tương ứng là lực dọc trục, N và momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít; Ta có momen xoắn trên tiết diện nguy hiểm của vít bằng momen xoắn trên trục đầu ra của hộp giảm tốc.
T = Tr + Tg = 0,0095 + 0,0065 = 0,016 N.m (7) [20].
Tr =Fatg(𝛾 + 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(𝑓))x d2/2 = 3,0411tg( 20 + arctf(0,4))x 0,007/2 = 0,0095 [20]. Tg = (f.Fa.D0)/3 = (0,4x3,0411x0,016)/3 = 0,0065 [20].
[𝜎]- ứng suất cho phép (kéo hoặc nén), MPa; với 𝜎𝑐ℎ- giới hạn chảy của vật liệu vít;
𝜎𝑐ℎ = 120(𝑀𝑃𝑎) [20].
[𝜎] = 𝜎𝑐ℎ
3 =120
3 = 40(𝑀𝑃𝑎) (8) [20].
𝑑1- đường kính trong của ren vít, mm.
𝜎𝑡đ = √(4.3,0411𝜋.62 )2+ 3(0,016
0,2.63)2 = 0,107 ≤ [𝜎] (9) [20].
45 Thông số động cơ: STT Thông số Số liệu 1 Direction CW/CCW 2 Điện áp 2.6 VDC 3 Moment xoắn 0.43 Nm 4 Dòng điện 1.7A 5 Alpha 1.8o 6 Kích thước 42x42x40 mm
7 Vật liệu Kim loại
8 Khối lượng 0.28 kg