CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
tốc cao, do đó chọn kiểu di chuyển của cụm vệ sinh di chuyển lăn trên thanh ray thông qua lực kéo ở hai đầu giúp cụm vệ sinh di chuyển tới lui.
Thiết kế khâu cụm rửa lăn trên ray
Sắt thanh như hình 2.39a được lựa chọn dùng làm thanh ray cho sự di chuyển của cụm vòi rửa. Để cụm có thể di chuyển trên thanh ray cần có 1 con lăn chữ v (hình 2.39b) và 2 con lăn 2 bên (hình 2.39d) để cố định cho cụm không bị lệch khỏi ray. Như vậy, cụm vòi rửa sẽ lăn tự do trên ray thông qua con lăn chữ v và không bị lệch khỏi ray nhờ 2 con lăn bố trí 2 bên. Sau khi lắp ráp các chi tiết vào khung ở hình 2.39c trên phần mềm Solidworks phần di chuyển sơ bộ của cụm vòi rửa được minh họa hình 2.39g.
a. Thanh ray b. Con lăn trên ray
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
g. Các chi tiết được lắp ghép trên Solidworks
Hình 2.39. Các chi tiết của phần di chuyển cụm vòi rửa trên Solidworks
Biên dạng ray
Với sơ đồ chuồng như hình 2.40, để cụm có thể xịt tất cả các chuồng thì biên dạng ray mô tả như đường màu đen trong hình 2.40 và biên dạng ray có kích thước cụ thể.
Hình 2.40. Bố trí ray trên sơ đồ chuồng
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ hình 2.41 và mối lắp ở hình 2.42.
Hình 2.41. Lắp ray cố định trên khung thép
Hình 2.42. Mối lắp giữa ray với khung thép
Thiết kế khâu kéo dây cụm rửa lăn trên ray
Để cụm vòi rửa có thể di chuyển trên biên dạng ray sẽ dùng lực kéo ở 2 đầu, lực kéo này thông qua dây cáp trung gian. Để làm việc đó, bố trí phần đồ gá kẹp dây ở
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
bên trên khung để cố định cụm rửa vào dây cáp.
Ở những chỗ có biên dạng ray cong, bố trí pu-ly tự do để dây cáp có thể uốn cong theo biên dạng ray như hình 2.43. Lúc đó, cụm rửa khi đi qua chỗ có biên dạng ray cong không bị vướng mà có thể đi qua do puly lăn tự do được minh họa ở hình 2.44.
Hình 2.43. Cụm rửa sau khi lắp ghép thêm đồ kẹp dây cáp
Hình 2.44. Cụm rửa khi đi qua góc cong
Lựa chọn loại dây kéo cho cụm
Với yêu cầu cần kéo trọng lượng cụm vệ sinh khoảng ~ 40 kg lăn trên thanh ray, do đó chọn dây sao cho đủ lực kéo cụm để không bị đứt, trọng lượng của dây nhẹ và chi phí vừa phải. Chọn dây cáp thép FC (hình 2.45) có thông số kỹ thuật trong bảng 2.12.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Hình 2.45. Cáp thép FC [26]
Bảng 2.12. Thông số kỹ thuật của thép FC
Đường kính Chất liệu Trọng lượng
6 mm Thép cacbon mạ kẽm 0,142 kg/m
Với sơ đồ chuồng như hình 2.46, số mét dây cần dùng để bố trí là: khoảng ~50 m. Như vậy tổng khối lượng của dây là: 50.0,142 = 7,1 kg.
Hình 2.46. Sơ đồ bố trí dây kéo trên mặt bằng chuồng
Dây cáp được bố trí khép kín và được truyền động bởi một động cơ. Khi động cơ quay thuận dây sẽ kéo cụm rửa đi tới và khi động cơ quay nghịch thì dây sẽ kéo cụm
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
rửa đi về được minh họa ở sơ đồ hình 2.46.
Tính toán chọn động cơ kéo dây
Để tạo lực kéo cụm vệ sinh di chuyển tới lùi trên thanh ray, dùng phương án mắc 2 đầu dây kéo vào cuộn puli, puli này được lắp chặt vào trục động cơ minh họa ở hình 2.47. Khi động cơ quay cùng chiều,1 bên puli sẽ cuộn dây cáp lại, do đó dây cáp sẽ kéo cụm rửa di chuyển, tương tự cho khi động cơ quay ngược chiều lại Như vậy, chọn công suất động cơ với momen xoắn động cơ và số vòng quay phải phù hợp với yêu cầu về tốc độ di chuyển cụm rửa.
Hình 2.47. Minh họa cuốn dây cho việc kéo cụm rửa di chuyển
Yêu cầu:
o Kéo được cụm vệ sinh trọng lượng khoảng 40kg.
o Kéo được trọng lượng của 50 m dây cáp ~ khoảng 7 kg. o Vận tốc tối đa v = 1,5 m/ phút.= 0,025 m/s; F FMa s át lăn P Cụm vệ sinh
Hình 2.48. Sơ đồ phân tích lực khi cụm di chuyển
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
F
⃗ − lực kéo của động cơ;
P
⃗⃗ − trọng lượng của cụm vệ sinh và trọng lượng của dây cáp;
Theo phân tích lực như hình 2.48 :
F
⃗ = F⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ + P⃗⃗ ms
F⃗ = µ. mc. g + mcg + md. g
= 0,2.40.9,8 + 40.9,8 + 7.9,8 = 539 (N) Với: mc: trọng lượng cụm vệ sinh;
md: trọng lượng của dây cáp;
µ : hệ số ma sát lăn được tra trong bảng 2.13, µ = 0,2;
𝑔: gia tốc trọng trường.
Bảng 2.13: Hệ số ma sát lăn
Vật liệu Hệ số ma sát
Vật liệu tấm trên cùng Vật liệu đường ray Không bôi trơn Bôi trơn Thép không gỉ hoặc thép Thép không gỉ hoặc thép 0,35 0,2
Thép không gỉ hoặc thép UHMW 0,25 0,15
Nhựa kỹ thuật Thép không gỉ hoặc thép 0,25 0,15
Nhựa kỹ thuật UHMW 0,25 0,12
Nhựa kỹ thuật (ma sát thấp) Thép không gỉ hoặc thép 0,17 0,12
Nhựa kỹ thuật (ma sát thấp) UHMW 0,18 0,12
Công suất cần thiết của động cơ tính theo công thức:
𝑃 =𝐹 × 𝑣 1000 =
539 × 0,025
1000 = 0,014 (𝑘𝑊)
Hiệu suất chung của hệ thống truyền động, tra bảng 3.3 trang 96 tài liệu [33]
𝑛𝑐ℎ = 𝑛𝑏𝑟. 𝑛𝑛𝑡 = 0,93.0,98 =0,91
Công suất cần thiết động cơ
𝑃đ𝑐 = 𝑃𝑐𝑡 𝑛𝑐ℎ =
0,014
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
𝑃 = 1,5. 𝑃đ𝑐 = 1,5.0,015 = 0,0225 (𝑘𝑊)
Chọn động cơ 9IDG-60FWH có công suất 60W có kích thước như hình 2.48.
Chọn hộp giảm tốc để số vòng quay trục động cơ phù hợp với tốc độ yêu cầu: Với đường kính trục động cơ d = 14 mm, ta có:
𝑛đ𝑐 = 𝑣
𝜋.𝑑= 0,025
3,14.0,014. 60 = 34 (𝑟𝑝𝑚).
Chọn hộp số 9WHD-30 có tỉ số truyền 40, số vòng quay là 38 có kích thước như hình 2.49.
Như vậy, chọn động cơ 9IDG-60FWH+9WHD-30 (hình 2.49) có thông số kỹ thuật như trong bảng 2.14.
Bảng 2.14. Thông số kỹ thuật động cơ 9IDG-60FWH+9WHD-30
Công suất Vận tốc quay (vg/ph) Tần số Điện áp Moment Khối lượng
60W 38 rpm 50 Hz 220V 8,01 Nm 1,2 kg
Hình 2.49. Động cơ 9IDG-60FWH+9WHD-30 [27]
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Sau khi chọn động cơ xong, động cơ được cố định trên đồ gá đặt trên một tấm bích và 2 đầu trục động cơ lắp puli để cuốn cáp minh họa ở hình 2.50.
Hình 2.51. Mô hình hoàn chỉnh cụm vòi rửa trên Solidworks
Sau khi tính toán, lựa chọn xong các chi tiết cấu thành nên cụm vòi rửa, tiến hành vẽ hoàn chỉnh minh họa mô hình trên phần mềm Solidworks và kết quả như hình 2.51.