Hình 3.1 Kết cấu cụm trục Z
Lực dọọ̣c trục
Vì trong quá trình Hàn không sinh ra lực cắt lên ta chỉ tính cho các lực sau: Tăng tốc (đi lên):Fa1=mg+ma=5*10+ 5*5=
75N Chạy đều (đi lên):Fa2=mg= 5*10= 20N Giảm tốc (đi lên): Fa3=mg-ma = 25N
Lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên vít me là 75N chọn F=75N để tính toán tải trọng
Xac định sơ bộ đường kính trong d1 của ren theo độ bền kéo:
√ 4
d1 ≥
Chọnd1=12 mm
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
L= tổng chiều dài dịch chuyển + chiều dai đai ốc + chiều dài vùng thoát = 273 + 40 + 15 = 318 mm => 320mm
Chọn các thông sốố́ bộ truyền:
Đường kính bi (công thức trang 168 [1]) db=(0.08÷0.15)d1=0.15*10= 1,8
Chọn bằng 2
Bước ren (công thức trang 168 [1]) p=(1÷5)+ 2= 3+2= 5(mm) Ban kính rãnh lăn:
r1 = (0.51÷0.53)db =0.51*2= 1,02 (mm)
Khoảng cách từ tâm rãnh đến bi (công thức trang 168 [1])
C=(r1− d
2b ). cos β (β=45o )=0,014
Đường kính vòng tròn qua các tâm bi (công thức trang 169 [1]) D1=d1 + 2(r1-c)=12+2(1,02- 0,014) =14 (mm)
Đường kính trong ren đai ốc (công thức trang 169 [1]) D1=Ptb +2(r1-c)= 14 (mm)
Chiều cao làm việc của ren (công thức trang 169 [1]) H1=(0.3÷0.35)db=0.35*2= 0,7
Chọn h1=1 mm
Đường kính ngoài của ren vít d va đai ốc D (công thức trang 169 [1]) d= d1 + 2h1 = 12+2*1=14 (mm)
D= D1 – 2h1= 14 - 2*1 = 12 (mm)
Số bi trên các vòng ren làm việc (công thức trang 169 [1]) Zb= Ptb* -1= -1=36,7
Chọn Zb = 37
Khe hở hướng tâm (công thức trang 169 [1]) Chọn Δ= (0.03÷0.12) (mm)
Khe hở hướng tâm đối (công thức trang 169 [1])
x= ∆
=0,12
=0,01( mm)Góc ma sat lăn thay thế (công thức trang 169 [1])
d1 12
φt =arctg
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Hiệu suấó́t biến thiên chuyểả̉n động quay thành tịnh tiến (công thức trang 169 [1])
tan 5,68
N= tan (5,68+0,97)=0,85 ≈ 0,9
Momen quay đai ốc (công thức trang 169 [1])
T = Fa .P
tb . tan (γ +φ
t ) = 2
Tính kiểm nghiệm về độ bền (công thức trang 169 [1])
qa= Fa
Zb . d2 b . λ
Với λ = 0,8 – hệ số phân bố tải trọng không đều cho các viên bi. Từ 0,0022
và qa= 7,1 từ đồ thị ta xac định được σmax = 2400 MPa
Hình 3. 2 Đồ thị xác định ứng suất lớn nhất σmax
max max 5000MPa Thỏa mãn độ bềề̀n
Yêu cầu : Đối với mặt làm việc của vít va đai ốc đạt HRC 53 Đối với bi đạt HRC 63
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Thông qua việc sử dụng tính toán trên phần mềm ta cóó́ biểu đồ momen cho trục Z:
3.1.2. Tính toán chọn động cơ trục Z
Tốc độ vòng: v= 1500 (vg/p)
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện mối lien hệ giữa vận tốc và thời gian
Momen quán tính khốố́i
Trên trục vít me:
2
GDS=
+ : Hệ số giãn nở nhiệt = 12 ( / 0 )
+ D: Đường kính vít me + L: Chiều dài vít me Trên phần dịch chuyển:
GDJ2= ρ × π ×l ' × D '
4
+ l’: Chiều dài nối trục. Momen quán tính:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Momen phát động
Thời gian dành cho quá trình cóó́ gia tốc rất ngắn, do đó đây chỉ là tính toán cho giai đoạn chạy đều.
Momen đặt trước Tp=k × Fa 0 × l =0,3× 25 × 1 =1,19(kgf . cm) 2×π2×π k=0,3 Fa0= F 3max =75 3 =25 (kgf ) Momen do lực ma sát T c= 2
Do đó, momen phat động cần thiết bằng tổng momen đặt trước và momen cần thiết khi hàn: l = p+ c = 13,26 + 1,19 = 14,45 ( . )
Chọn động cơ điều khiển chuyển động của trục Z
Chọn động cơ bước để điều khiểu chuyển động theo trục OZ Các dữ liệu để tính chọn động cơ:
+ Bước vít me: h=5 (mm) + Hệ số ma sat trượt: =0,12
+ Gia tốc trọng trường: g=10 (m/s2) + Khối lượng phần dịch chuyển: m=5 (kg) + Góó́c nghiêng của trục: =900
+ Tỉ số truyền giảm tốc: i=1 ( do chọn phương an động cơ nối trực tiếp với vít me không qua hộp giảm tốc)
+ Hiệu suất của máy: = 0,9
+ Tốc độ vòng lớn nhất của động cơ: n=1500 (vg/p) Tính momen ma sát:
Mms= m× g× μ× h ×cos α =0
2 × π× i× n
Tính momen chống trọng lực của kết cấu:
Mwz=m× g× μ× h×sin α =10,157 10 × × 0,12× 0,005× sin 90 =0,011(N . mm)
2× π ×i ×η2 × π ×1× 0,9
Với đường kính trục vít được chọn là: D=16 (mm), ta cóó́:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
M
mach
=
Tính momen tĩnh:
Mstat=Mms+Mwz+Mmach=0+0,011+0,25=0,226 (N.mm) Chọn động cơ bước SUMTOR 57HS5630A4 của hãng Sumtor theo trang http://en.sumtor.com:
Thông số kỹ thuật chính:
- Kích thước mặt bích: 56x56 mm. - Chiều dài thân: 60 mm.
- Khối lượng: 680 gram. - Dòng chịu tải: 3 A. - Góc bước: 1. 8°/step
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Hình 3.5: Các thông số của động cơ trục Z
Thời gian cần thiết để đạt được vận tốc cực đại là: Ta = J/( TM ′ − TL) × 2πN 60 × f
Trong đó : J la tổng mô men quán tính. (Momen tính toán + momen cho bởi động
TL là mô men
cơ – Rotor Inertia J ) TM′=2.
quay f là hệ số an toàn (chọn theo kiểu ổ lắp) Thay số vao ta được :
Ta = (36,8+1,1).(10-4) /(2.11−11,45.10.10-2 )× 2π.1500/60 × 1,2 = 0,035 < 0,9s => thoã mãn
3.1.3. Tính chọn cụm ổ lăn, khớp nối trục Z
Chọn cụm ổ lăn
Trong cơ cấu bàn Z lực dọc trục đóng vai trò chủ yếu gây tac động lên ổ lăn, lực hướng tâm vuông góó́c với cụm trục vitme trong cơ cấu là khá nhỏ, tuy nhiên khi hoạt động với vận tốc lớn dễ xảy ra rung động, nên yếu tố định tâm cần có cho cơ cấu.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Hình 3.6: Kết cấu ổ lăn trục Z
Tính toán khả năng tải động: (công thức trang 213 [1])
1
C=Q . Lm
Tính toán khả năng tải tĩnh: (công thức trang 213 [1])
1
C0=Q0. Lm
Trong đó:
m = 3 đối với ổ bi m=10/3 với ổ đũa.
L: Tuổi thọ của ổ ℎlăn được tính theo (công thức trang 213 [1])
= 60. 10−6 . . = 60. 10−6 . 1500.15000 =1350 (Triệu vòng) (ở đây em lấy n =Nma =1500 vg/ph để tính ở mức tối đa)
Q: tải trọng động của ổ lăn= ( tính. theo. (công thức trang 214 [1])
+Y.Fa).Kđ.Kt Kđ = 1,1 (chịu va đập
Q0: tải trọng tĩnh của ổ lăn được tính: (công thức trang 214 [1])
toán: máy cắt kim loại, động cơ công suất nhỏ và trung bình) Kt = 1 (nhiệt độ <1050C)
Ta cóó́ :
m = Wz = 50 (kgf)
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC Xét trường hợp bàn Z chạy về phía ổ bi C,D
Lực tác dụng gây bởi khối lượng khi không chuyển động lên ổ A, B, C, D: RA = -RB = RC = -RD = m.g/2 = 50*10/4= 125 N(công thức trang 216 [1]) Dựa vao đường kính trục vitme và tốc độ quay của động cơ ta chọn sơ bộ thông số của ổ lăn mã W6001 theo hãng SKF(www.skf.com ) như sau:
Hình 3.7: Kết cấu, thông số của ổ lăn trục Z
Theo thông số trên hình:
- Khả năng tải động: C = 4,42 kN - Khả năng tải tĩnh: Co = 2,36 kN
- Nội lực dọc trục Fsi của 2 ổ la như nhau: | Fsi |=e.Ri = 1,14.125= 142,5 N
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Lực dọc trục tác dụng lên các ổ bi: (công thức trang 218 [1]) + với ổ A: ∑ Fa A=FsA− F 2ma =142,5− 50 2 =117,5(N ) suy ra: F aA = 167,5 (N) + với ổ B: ∑ FaB=FsB + F 2ma =142,5+ 50 2 =117,5( N ) suy ra: F aB = 167,5 (N) Fa = max(FaA , FaB)= 167,5 (N) Kiểm tra: Mặt khác: Famax =167,5 =1,34 >0,38 V.RB 125
Bảng 3.1. Bảng tra các thông số ổ lăn trục Z
Từ bảng:
Chọn X=0.44, Y=1.47 Tính tải trọng động:
= (0,44.125 + 1,47.167,5). 1,1.1 = 331.35 ( Khả năng tải động:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
= THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
đ 66,125.13501/3= 3662< Cr
Bảng 3.2: Bảng tra góc tiếp xúc của ổ lăn trục Z
Suy ra: X0 = 0,5 ; Y0 = 0,46
Tính tải trọng tĩnh:
0 = 0,5.125 + 0,46.167,5 = 139,55 ( ) Khả năng tải tĩnh:
0= 139,55.13501/3= 1542 <C0r
Vậy lựa chọn ổ bi phù hợp với khả năng tải Chọn khớp nốố́i
Cóó́ rất nhiều loại khớp nối để ta lựa chọn cho bai toan nay nhưng trên cơ sở tham khảo tài liệu và thực nghiệm từ các hãng sản xuất em xin chọn loại khớp nối là loại khớp nối trục loại trục bù – chữ thập có đệm .
Hình 3.8: Kết cấu khớp nối trục Z
( tham khảo cuốn “Tính toan thiết kế hệ dẫn động cơ khí – Lê Văn Uyển tập 2” – trang 55 ).
Cóó́ thể chọn thông số cho loại khớp nối trục chữ thập nay căn cứ theo đường kính trục vitme và theo giá trị mô men khởi động của động cơ. Trên cơ sở đó em chọn thông số cho khớp nối như sau:
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
3.1.4. Tính toán chọn ray dẫn hướng trục Z
Bảng 3.2: Kích thước cơ bản khớp nối trục Z
Hình 3.9:Hình ảnh minh họa ray trượt
Hình dạng của ray dẫn hướng
Để có được một mô hình phù hợp nhất cho cac điều kiện dịch chuyển của hệ thống ray dẫn hướng thì khả năng chịu tải và tuổi thọ của mô hình phải được chú trọng nhất . Để xac định, kiểm nghiệm khả năng tải trọng tĩnh danh nghĩa, tải trọng tương đương thì việc đanh gia qua gia trị Co (tải trọng động định mức) là khả quan va chính xac hơn cả.
Tuổi thọ cóó́ thể thu được bằng cach tính toan trên cơ sở lý thuyết bằng công thức thực nghiệm dựa trên việc đanh gia thông qua tải trọng động danh nghĩa.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Hình 3.10: Kết cấu, kích thước ray dẫn hướng trục Z
Ta chọn con trượt HGW-20 của hãng Hiwin theo trang www.Hiwin.com
H
30
B
53
Bảng 3.4: Thông số ray dẫn hướng trục Z
Tính toán tải trọng (Co, Ca ) Tải trọng tĩnh :
Các công thức tính tương ứng:
C0=f s × Famax
Trong đó:
C0: tải trọng tĩnh
fs: hệ số bền tĩnh, với máy công cụ fs = 1.5 – 3 (chọn fs = 2) Famax: lực dọc trục lớn nhất tác dụng lên
vitme C0=2*=N Tải trọng động Ca:
Nm = 527.5 (V/p) Ca = ¿¿ = 60.527,5.15000 =4772 (N )=4,772(kN ) 3.509,8.1,2 .10−2 m=5kg l=300mm a=5 v=0.2m/s Đường kính vit me bi = 16mm Chọn ray dẫn hướng cóó́
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
t1=t3= v a = 0,2 5 =0,04(s) X1=X3= v2 =4(mm) 2 a X2=L−2 X1=300−4=296 (mm) t2= X2 =296. 10 −3 =1,48(s) v0,2
Hình 3.11: Sơ đồ lực và khảng cách các con trượt
- Khoảng cách giữa 2 con chạy cùng ray: l1= 96(mm) - Khoảng cách giữa 2 con chạy khác ray: l2=190(mm)
- Khoảng cách từ tâm cụm may đến tâm vit me phương vuông góc: l3=65(mm)
- Khoảng cách từ tâm cụm máy tới tâm ban may theo phương song song với ray:l4=0mm
Tính các lực riêng rẽ
a) Chuyển động đều, lực hướng kính pn p1= p2=p3=p4= m. g .l3 = 20.0 .65
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC b) Chuyển động tăng tốc sang trái pnda1
- p1da1= p1. m1 . a1 . l6 =67,71 107.5.65 =45,57(N ) 2l12.100 - p2da1= p2. m1 . a1 . l3 =67,71 107.5.65 =45,57( N ) 2l12.100 - p3da1= p3. m1 . a1 . l3 =67,71 107.5 .65 =45,57(N ) 2l12.100 - p4da1=p4. m1 .a1 . l2 =67,71 107.5.65 =45,57( N ) 2l12.100 Tải phụ ptnda1: pt1da1= pt2da1= pt3da1= pt4da1=0 c) Chuyển động giảm tốc sang trái pnda3
- p1d3= p1 - p2d3= p2 - p3d3= p3 - p4d3= p4 Tải phụ ptnda3 - pt1da3= pt2da3= pt3da3= pt4da3=0 d) Chuyển động giảm sang phải pnua3
- p1ua3 = p4ua3= 49,51 (N) - p2ua3 = p3ua3= 16.05 (N) Tải phụ ptnua3
- pt1ua3= pt2ua3= pt3ua3= pt4ua3=0 e) Chuyển động tăng tốc sang phải pnua1
- p1ua1= p4ua1=46.875 (N) -p2ua1= p3ua1=140.625 (N)
Tải phụ ptnua1
- pt1ua1= pt2ua1= pt3ua1= pt4ua1=0 Tính toán tảả̉i trọng tương đương
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC a. Khi chuyển động đều
- pE1 = p1 = 93.75 (N)
- pE2 = pE3 = pE4 = p1 = 93.75 (N) b. Khi tăng tốc sang phải
- pE1da1 = p1da1+ pt1da1 = 140.625 (N) - pE2da1 = p2da1 + pt2da1 = 46.875 (N) - pE3da1 = 46.875 (N)
- pE4da1 = 140.625 (N) c. Khi giảm tốc sang phải
- pE1da3 = 46.875 (N) - pE2da3 =140.625 (N) - pE3da3 =140.625 (N) - pE4da3 = 46.875 (N) d. Tăng tốc sang trái
- pE1ua1 = 46.875 (N) - pE2ua1 = 140.625 (N)
- pE3ua1 = 140.625(N) - pE4ua1 = 46.875(N) e. Giảm tốc sang trái
- pE1ua3 = 140.625 (N) - pE2ua3 = 46.875 (N) - pE3ua3 = 46.875 (N) - pE4ua3 = 140.625 (N) Tính toán hệ sốố́ tĩnh
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com C 0 f = = PE 1. da 1 s = √ = 164,29 (N) pm1= pm2= pm3= pm4=164.29 (N)
Tính toán tảả̉i trọng danh nghĩa
- Lấy hệ số tải trọng fw=1.2 L1 ¿ (
fwcpm1)3 .
50=¿ L1=L2=L3=L4
3.2. Tính toán trục xoay B
3.2.1. Tính toán chọn bàn xoay
Chọn thông sốố́ đầu vào
- Khối lượng bàn xoay là m = 2 kg
- Tốc độ quay lớn nhất của trục là n = 100 v/ph
- Ta chọn tỷ số truyền của bộ truyền là i =1, Bộ truyền được nối trực tiếp qua khớp nối
- Thời gian để đạt tốc độ cực đại là 0,4 s - Hiệu suất bộ truyền đai 1 = 0,92
- Hiệu suất của ổ bi là 2 = 0,99
Những thông sốố́ cần phảả̉i tính toán
- Momen cần thiết để cho bàn quay với tốc độ mong muốn - Tính công suất động cơ
- Chọn động cơ step - Tính toán chọn lựa ổ bi Tính toán các thông sốố́
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Hình 3. 12: Sơ đồ lực của trục xoay B
Để xac định được trọng tâm đặt lực của chi tiết là rất phức tạp ta quy bài toán về bài toán chất điểm quay quanh một trục va ta xét điểm ra nhất của bàn máy và giả sử đặt chất điểm tại đó:
Trong quá trình gia công thì bàn=xoay20 trục B chịu thêm tác dụng của trọng chính P ,
như đã trình bay ở phần ta cóó́ Di chuyển ` lực= cắt chính về tâm= của.0,05ban=xoay20.0,05Bnhư= trên1( / )hình ta được 1 momen
và 1 lực, momen
Lúc này khối lượng thực tế bàn quay phải chịu là 2kg .
Lúc này momen lớn nhất phải tác dụng để cho ban quay chính la lúc đứng yên Lúc đó momen T1 = F.X ( X là khoảng cách từ lực F đến tâm quay) Ta xét đinh luật II niutơn cho bai toan nay : F = ma
Với vận tốc max của bàn máy là:
Vmax= 2 π .0,05.100 =0,52( m ) 60s Gia tốó́c a= V tmax = 0,52 0,4 =1,3( m s2 ) F = m.a = 2.1,3 = 2,6 N Momen T’ = F.X = 2,6.0,03 = 0,078 N.m Monmen để bàn xoay B xoay theo ý muốn la
T1 = T’+ =0,078 + 1 = 1,078 N/m
b) Tính công suất động cơ
Hiệu suất chung của cả bộ truyền là : = 1. 22 = 0,92. 0,992 = 0,9
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Vì ta chọn tỷ số truyền là i = 1 nên momen xoắn tại động cơ sẽ là T2 = 1T.1η = 1,078
1.0,9 =1,2 N .m
(T2 là momen xoắn trên trục động cơ) Và vớinđc= n
η.2 =100
0,9.2 =222,22( phv )
Từ đây ta có thể tính được công suất động cơ như sau:
P
đc
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
c) Chọn động cơ
Dựa vào momen T2 = 1,2 N.m ở trên ta chọn được động cơ hãng Sumtor theo trang http://en.sumtor.com cóó́ thông số sau:
Kích thước: Mặt bích 57mmx57mm, chiều dài thân 760mm, đường kính trục 8mm, rãnh then.
Chịu tải: 3A, moment xoắn 3Nm, 4 dây, nặng 1050g. La động cơ bước 3 pha
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MÁY HÀN CNC 5 TRỤC
Tính toan tương tự như phần chọn ổ cho cụm trục Z ta chọn được ổ bi cóó́ thông số