_ Thông số đầu vào:
+ trọng tải cơ cấu m = 5 kg + Vận tốc mong muốn = 0,1 m/s
+ Đường kính chia bánh đai sơ bộ d = 32mm + thời gian tăng tốc mong muốn t = 0,02 s Vận tốc mong muốn v = v0 + at nên a = =𝑣
𝑡
Ta có ma sát giữa thanh con trượt và thanh ray rất nhỏ nên Fms bỏ qua do đó: Fk = Fqt ⇨ Fk = ma = mv t = 5.0,1 0,02 = 25 N Công suất làm việc của trục động cơ:
𝑃đ𝑐= 𝐹𝑘.𝑣
1000 =25.0,1
1000 = 0,0025 (kW)
Ta chọn hiệu suất của bộ truyền đai: 𝜂d = 0,96 Hiệu suất 3 gối đỡ có ổ lăn có: 𝜂ol = 0,993 = 0,97
Công suất cần thiết của trục động cơ:
𝑃𝑐𝑡= 𝑃đ𝑐
𝜂 = 0,0025
0,96.0,97 = 0,0027 (kW) Số vòng quay của bánh đai để đạt vận tốc:
𝑛 = 60000. 𝑣
𝜋.𝑑 = 60000. 0,1
32𝜋 = 59,68 v/p
● chọn động cơ bước có P = 0,01 Kw, số vòng quay 𝑛đ𝑐 = 60 (v/p) 2.2.2. Tính toán bộ truyền.
Sử dụng đai răng gờ hình thang
1.Môđun m được xác định theo công thức thực nghiệm: m= k. √𝑃.𝐶𝑟
𝑛
3
+ 𝐶𝑟=1 là hệ số tải trọng động + số vòng quay 𝑛đ𝑐 = 60 (v/p) + k=35 do đai gờ hình thang ⇨ m = 35. √0,01 .1 60 3 = 1,93 chọn m=2 => bước răng p= 6,28 mm (bảng 4.27) 2.Chiều rộng đai b: tra bảng 4.28 chọn b=12,5 mm 3.Xác định các thông số bộ truyền: ● _Chọn tỉ số truyền u=1
Với vận tốc bánh đai là 60 v/p theo bảng 4.29 ta chọn 𝑧1= 𝑧2=16 ● Khoảng cách trục a = 250 mm ⇨ Số răng đai 𝑧đ= 2𝑎 𝑝 + 𝑧1+ 𝑧2 2 + (𝑧1− 𝑧2) 2 40𝑎 = 2.1380 9,42 + 17+17 2 = 95.62
Số răng zp của đai theo dãy tiêu chuNn sau: 40, 42, 45, 48, 50, 53, 56, 63, 67, 71, 75, 80, 85, 90, 100, 105, 112, 115, 125, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 235, 250.
⇨ chọn 𝑧đ = 100
⇨ Chiều dài đai L = p. 𝑧đ = 6,28 . 100 = 628 mm
Chiều dài theo đường trung hoà chọn theo dãy tiêu chuẩn sau: 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800,900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000,2240,2500,2800,3150,3550,4000,4500,5000,5600,6300,7100,8000,9 000, 10000, 11200,12500,14000, 16000, 18000
⇨ Theo dãy tiêu chuẩn trên chọn L= 630 mm
● Đường kính vòng chia của các bánh đai d1= d2= m. z1=2.16=32 mm ● Đường kính ngoài của bánh đai da1= da2= m. z1 - 2δ với δ=0,6 mm (
bảng 4.27) , δ là khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình chịu tải => da1= da2= m. z1 - 2δ= 32-2.0,6=30,8 mm ● góc ôm α1 = 180 – 2 1 z z m a − . 57,3 = 180° ● Số răng đồng thời ăn khớp trên 1 bánh đai
4. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng Lực vòng trên đai phải thỏa mãn điều kiện:
● q= Ft. Kđ/b +qm. v2 ≤[q] với : + Ft = 1000. P v = 1000. 0,01 0,23 = 43,48 N (Lực vòng công thức 4.9) + Kđ= 1 : hệ số tải trọng động + b=12,5 mm
+ qm= 0,0032 : Khối lượng 1 mét đai Suy ra q= 43,48 . 1
12,5 + 0,0032. 0,232= 3,5345 N/mm (1) ● [q] = [q0]. Cz. Cr
+ do số răng ăn khớp > 6 nên Cz=1
+ [q0]= 10 N/mm : Lực vòng riêng cho phép + u =1 nên Cr=1
⇨ [q]= 5.1.1 = 5 N/mm (2)
⇨ Từ (1) và (2) đai thỏa mãn bền khi kiểm theo lực vòng riêng 5. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
Lực căng ban đầu:
F0= (1,1÷1,3). Fv = (1,1÷1,3). qm. v2. b ( công thức 4.35)
⇨ F0= (1,1÷1,3) . 0,0032. 0.232. 12,5 =0.0023 ÷ 0.0027 N ( N) Do vận tốc bánh đai v=0,1 (m/s) nhỏ hơn 20m/s nên
Fr= (1,0÷1,2). Ft = (1,0÷1,2). 43,48 = 43,48 ÷ 52,176 (N) Bảng thông số bánh đai răng:
Thông số Kí hiệu Kết quả
● Môdun ăn khớp, mm ● Số răng
● Đường kính đỉnh răng, mm ● Đường kính đáy răng, mm ● Chiều cao răng, mm
● Đường kính vòng chia, mm ● Chiều dài răng,mm
● m ● z ● 𝑑𝑎 ● 𝑑𝑓 ● h ● d ● B ● 2 ● 15 ● 𝑑𝑎1=𝑑𝑎2= 30,8 ● 𝑑𝑓1=𝑑𝑓2=𝑑𝑎1-1,8m= 27,2 ● h=0,9m= 1,8 ● 𝑑1=𝑑2= 32 ● B=b+m= 14,5 Kích thước của profin rãnh
● Chiều rộng nhỏ nhất của rãnh, mm ● Chiều sâu rãnh, mm ● Góc rãnh profin, độ ● Bán kính góc lượn,mm ● S ● h ● 𝛾 ● 𝑟1 ● 𝑟2 ● 1,8 ● 2,2 ● 50 ● 0,5 ● 0,5 2.3. Tính toán động học cho cơ cấu nâng hạ (trục Z)
Cơ cấu sử dụng: truyền động đai như cơ cấu X
Hệ gồm có:
+ Trọng lượng của cả cơ cấu Z là P⃗⃗
+ Lực ma sát giữa con trượt và thanh ray dẫn F⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ms = µP⃗⃗ với µ <<1 + Lực kéo tác dụng lên xe F⃗⃗⃗⃗ k
Do ảnh hưởng của lực ma sát rất nhỏ, trọng lượng của cơ cấu tác dụng lên đai cũng bé nên để xe có thể chuyển động thì khi đó:
Fk
⃗⃗⃗⃗ = F⃗⃗⃗⃗⃗ qt trong đó :
F⃗⃗⃗⃗⃗ qt = ma⃗ với a⃗ là gia tốc của bàn xe chạy
Vận tốc mong muốn của xe là v=0.5 m/s
Khi đó v = v0 + at với v0 = 0 và t = 0.5 s (mong muốn) suy ra a = v
t =0.5
0.5 = 1m/s Suy ra Fk = 6x1= 6 N (m=6kg)
Công suất làm việc của trục động cơ:
Pđc= Fk.v
1000 =6∗0.5
1000 = 0,003(KW) = 3W
Chọn hiệu suất của bộ truyền đai: 𝜂 = 0,96 Công suất cần thiết của trục động cơ:
Pct= Pđc
η.ηol = 3
0,96.0,99 =3.16 (W) (sử dụng 1 ổ đỡ có con lăn vs ηol=0.99) Số vòng quay của bánh đai để đạt vận tốc 𝑣 :
𝑛 = 60000. v
π.D = 60000. 0.5
45π = 212 v/p (Trong đó D =45mm là đường bánh đai chọn sơ bộ)
⇨ chọn động cơ bước có P = 0,1 Kw, số vòng quay nđc = 220 (v/p)
Chọn công suất động cơ:
Pđc=0.1kw, n1 =220 (vòng/phút) 2.3.2. Tính toán bộ truyền.
P.Cr
m = 35.√0.1 200
3
=2.69
Bảng 2-2 Modun và các thông số của pulley- đai răng
Dựa vào bảng 2-2 chọn modun m = 3, p = 9.42mm Chọn pulley và đai có bước răng 9.42 mm.
Chiều rộng đai răng: b = ψđ.m , Chọn b =20 mm ● Xác định thông số của bộ truyền:
- Số răng của đai zđ=2a p+z1+z2 2 + (z1−z2) 2.p 40a =228 răng
Chọn số răng zđ =235 răng theo ( Cơ sở thiết kế -PGS.TS Nguyễn Hữu Lộc ) Chiều dài đai lđ= p. zđ =2214 mm
Chọn theo tiêu chuẩn L=2240mm Chiều rộng b = 20 mm - Tính lại khoảng cách a a = (λ + √λ2− 8Δ2)/4 λ= lđ - p.(z1+ z2)/2 = 2063.28 Δ= m(z2− z1)/2 =0 => a = 1031.64 mm
- Đường kính vòng chia của các bánh đai
d1 = m. z1 = 16*3 =48 (mm)
d2 = m. z2= 16*3 = 48 (mm)
Đường kính ngoài của bánh đai da1= da2= m. z1 - 2δ với δ=0,6 mm ( bảng 4.27) , δ là khoảng cách từ đáy răng đến đường trung bình chịu tải
=> da1= da2= m. z1 - 2δ= 48-2.0,6=46.8mm - Số răng đồng thời ăn khớp trên bánh đai:
z0 = z1α1/3600
Trong đó góc ôm trên bánh đai α1 = 1800− [m(z2−z1)
z0 = z1α1/3600 = 16. 1800/ 3600 = 8 (răng) > 6 => số răng ăn khớp đạt chuẩn 3. Kiểm nghiệm đai về lực vòng riêng
Lực vòng trên đai phải thỏa mãn điều kiện:
q= Ft. Kđ/b +qm. v2 ≤[q] với : Ft = 1000. P v = 1000. 0,1 0.5 = 200 N ( Lực vòng công thức 4.9) Kđ= 1: hệ số tải trọng động b=20 mm
qm= 0,004: Khối lượng 1 mét đai Suy ra q= 200. 1
20 + 0,004. 0.25= 10.001N/mm (1)
Mặt khác [q] = [q0]. Cz. Cu do số răng ăn khớp > 6 nên Cz=1
[q0]= 10 N/mm: Lực vòng riêng cho phép
⇨ [q]= 10.1.1 = 10 N/mm (2)
⇨ Từ (1) và (2) đai thỏa mãn bền khi kiểm theo lực vòng riêng 4. Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
Lực căng ban đầu:
F0= (1,1÷1,3). Fv = (1,1÷1,3). qm. v2.b ( công thức 4.35)
⇨ F0= (1,1÷1,3)*0,004* 0.25* 20 =0,022÷0,026( N
Do vận tốc bánh đai v=0.5 (m/s) nhỏ hơn 20m/s nên
Fr= (1,0÷1,2). Ft = (1,0÷1,2). 200 = 200÷240 (N)
Bảng thông số bánh đai răng :
Thông số Kí hiệu Kết quả ● Moodun ăn khớp, mm
● Số răng
● Đường kính đỉnh răng,mm ● Đường kính đáy răng, mm ● Chiều cao răng,mm
● Đường kính vòng chia,mm ● Chiều dài răng,mm
● m ● z ● 𝑑𝑎 ● 𝑑𝑓 ● h ● d ● B ● 3 ● 16 ● 𝑑𝑎1=𝑑𝑎2= 46.8 ● 𝑑𝑓1=𝑑𝑓2=𝑑𝑎1-1,8m= 41,4 ● h=0,9m= 2,7 ● 𝑑1=𝑑2= 58 ● B=b+m=23 Kích thước của profin rãnh
● Chiều rộng nhỏ nhất của rãnh,mm ● Chiều sâu rãnh,mm ● Góc rãnh profin,độ ● Bán kính góc lượn,mm ● S ● h ● 𝛾 ● 𝑟1 ● 𝑟2 ● 3,2 ● 3,0 ● 40 ● 0,7 ● 1,0
CHƯƠNG 3: THỐNG SỐ ĐỘNG CƠ, ĐAI RĂNG, PULLY, THANH DẪN HƯỚNG VÀ CON TRƯỢT ĐƯỢC CHỌN SAU KHI TÍNH TOÁN.
3.1. Cụm trục X 3.1.1. Động cơ 3.1.1. Động cơ
3.2. Cụm trục Y 3.2.1. Động cơ 3.2.1. Động cơ
3.2.3. Đai
Belt number Number of teeth Belt Length(mm) 625EV5GT 125 625
3.3. Cụm trục Z 3.3.1. Động cơ
CHƯƠNG 4.XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG
4.1.Sơ đồ khối điều khiển + Sơ đồ khối điều khiển :
4.2. Sơ đồ động của hệ thống + Sơ đồ động: + Sơ đồ động:
Trong đó: 1- giá chứa hàng 2 - cụm lấy hàng 3 - cụm nâng hạ 1 4 2 3
KẾT LUẬN
Thông qua đồ án này, em đã có cơ hội được trình bày phần tìm hiểu của mình về hệ thống lưu trữ hàng hóa tự động hiện nay , đồng thời chúng em đã phần nào xây dựng được cơ bản một hệ thống kho hàng tự động được dung hiện nay.
Phần cơ khí của hệ thống đã được thiết kế hoàn thiện và xuất bản vẽ 2D trong môi trường CATIA V5 bao gồm kệ hàng, cụm xe ra vào , cụm nâng hạ và cụm lấy hàng. Các bộ truyền cáp, bộ truyền trục vít me – đai ốc được tính toán và kiểm nghiệm. Hướng phát triển trong các đồ án sau:
- Tính toán chi tiết thiết kế hộp giảm tốc cho các cơ cấu lớn hơn và chịu tải nặng hơn
- Tính toán, thiết kế hệ băng tải con lăn cho việc nhập hàng và xuất hàng của cả 1 dây chuyền sản xuất
- Thiết kế lắp đặt hệ thống điện và lập trình điều khiển cho hệ dẫn động của cả hệ thống thông qua các phần mềm như PLC Siemens, TIA Portal V15
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2002), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí -Tập 1,2
Nhà xuất bản giáo dục, Hà Nội
2. Trịnh Chất (2001), Cơ sở thiết kế máy và chi tiết máy, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội
3. Hà Văn Vui, Nguyễn Chí Sáng – Sổ tay thiết kế cơ khí – Tập 1,2,3 4. Phạm Đức – Tính toán nâng chuyển