c) Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi và độ bền tĩnh.
* Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi:
- Kiểm nghiệm mỏi tại tiết diện (tại B) MxB = 36814 (Nmm);
TB = 1541 (Nmm) ; - Ta có (trang 199 - [11]):
(3.36)
Trong đó: s : hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng suất pháp tại B. - Ta có (trang 199 - [11]): s
+σ-1: giới hạn mỏi ứng với chu kì đối xứng. +Với thép Cacbon 45 có σb = 600 (MPa)
σ-1 = 0,436. σb = 0,436. 600 = 261,6 (MPa)
+ Đối với trục quay σm = 0 (Công thức 7.17, trang 200, [11]): σa = σmaxB = MB/WB
+ Ta có (Cơng thức 7.10, trang 198, [11]):
M B M xB2 M yB2 36814 2 0 36814Nmm
(3.38) (3.39) + Ta có (theo bảng 7.12, trang 203, [11]) với trục có rãnh then:
WB: moment cản uốn. WB =
+ Ta có (theo bảng 7.13, trang 203, [11]) tra được then: b = 3 (mm); h=3(mm); t1 =1,8 (mm); t2=1,4 W B Vậy (trang 200 - [11]): a36814 595MPa 61,8 (3.40)
-Ta có (theo bảng 7.10 trang 200, [11]):
: hệ số kể đến ảnh hưởng của trị - Ta có (trang 201 - [11]):
số ứng suất trung bình.
K x 1 / Ky
+ Ta có (theo bảng 7.9, trang 201, [11]): Kx=1,06 Kx:hệ số tập trung ứng suất do trạng thái bề mặt
+ Ta có (theo bảng 7.10): Ky=1,06 Ky:hệ số căng bề mặt trục.
+ Ta có (theo bảng 7.11 trang 202, [11]), với kiểu lắp k6 và σb = 600 (MPa):
K
K 2,06 1,06 1 /1,6 1,325
d S
* s : hệ số an tồn chỉ xét riêng ứng tiếp tại B: + Ta có (trang 201 - [11]): s
10,5810,58 261, 6 151, 73 MPa
+ Khi trục quay 1 chiều: Tm =Ta =TB /2.WOB (trang 202 - [11])
+ Với trục quay 1 chiều (theo bảng 7.6, trang 198, [11]):
.d 3
0 D
+ Moment xoắn tại B : T1 = 1541 (Nmm)
+ Ta có (theo bảng7.7, trang 201, [11]): 0
53
+ Ta có (trang 201 - [11]): K (3.45)
+ Ta có (trang 201 - [11]) : Kx=1,06; Ky=1,6
+ Ta có(theo bảng 7.11, trang 203,[11]),với kiểu lắp k6 K K d1, 64 1, 06 1 /1, 6 1,1 S S và σb = 600 (MPa): (3.46)
Như vậy,không cần phải kiểm tra về độ cứng của trục.
* Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh : - Ta có (trang 206 - [11]) : td
-Tại tiết diện nguy hiểm: Mmax =36814 (Nmm); Tmax =1541(Nmm)
-Ta có (trang 206 - [11]):
- Ta có (trang 206 - [11]):
-T a
có (trang 206 - [11]):
(3.49) (3.50)
td - V ậ y td : trục đạt yêu cầu về độ bền tĩnh. 3.4.2. Thiết kế then. - Ta dùng then bằng đầu nón
- Gia cơng rãnh then trên trục dùng phương pháp phay bằng dao phay ngón.
- Ta cần kiểm nghiệm mối ghép về độ bền dập (trang 258 - [11]) và độ bền cắt (trang 258 - [11]) với lt =1,35 d.
B
*Ta có
- Trên trục lắp then tại tiết diện B:
dB = 10 (mm);
- Ta có (theo bảng 9.1, trang 261, [11]): b = 3 (mm); h = 3 (mm); t1 = 1,8 (mm) 54
B
- Theo bảng (theo bảng 9.5, trang 263, [11]): - Điều kiện bền cắt: B Vậy then đủ bền. 3.4.3. Thiết kế ổ lăn. a. Chọn ổ lăn: - Theo kết quả tính tốn trục ta có: FAx =1281,75 N; FAy =0 N;FCx = 490,05 N ; FCy = 0 N - Tổng phản lực tác dụng lên 2 ổ: (trang 231 - [11]) + Ổ 1 có: FA ( F Ax )2 ( F Ay )2 1281, 75 + Ổ 2 có: - Ta thấy FA > FC nên ta xét tỉ số: (3.53) (3.54) Hình 3.17: Gối đỡ trục bạc đạn T10. - Chọn sơ bộ gối đỡ trục T10 (Hình 3.16). V ới d= 10 m m; D = 18
mm; b= 5mm; r = 0,3 mm; r1= 0,15 mm; C =3,4 kN; C0 = 2.1 kN
- Kiểm nghiệm khả năng tải động của ổ (trang 231 - [11]:
Ta có:
Ta có (theo bảng 8.4,trang 232, [11]) ta được: e = 0,34
(3.55) 55
- Vì vịng trong quay nên V=1 Do đó: 0,34< e
- Ta có (theo bảng 8.4, trang 232, [11]) ta được: X= 1; Y= 0
- Tải trọng động: Q= (XVFrA + YFAC) kt kđ
- Trong đó: kt =1 (nhiệt độ <100 C) (kđ: hệ số kể đến đặc tính tải trọng).
Hình 3.18: Sơ đồ phân bố lực
- Ta có (theo bảng 8.3, trang 232, [11]) ta chọn kđ =1,2 FsA = e.FrA = 0,34×1281,75 =435,8 ( N) FsC = e.FrC = 0,34×490,05 =166,6 ( N) Theo sơ đồ cân bằng lực (Hình 3.15) ta có:
FA FsA FAC 166,6490,05 656.05 NFs1
⇒FA = 656,05 (N)
FC FsC FAC435,81281,75 1717,55 NFs 2
⇒FC = 1717,55 (N)
⇒ Tải trọng động trên ổ 1 và ổ 2 (trang 231 - [11]): Q1 = (X.V.FrA+Y.FAC).KTKD
= (1×1×1,28175 + 0×0,65605)1×1,2 = 1,54 kN Q2 = (1×1×0,49005 + 0×0,20128 )1×1,2 = 0,59 kN
- Khả năng tải động Cd (trang 232 - [11]): Cd= Q
- Với ổ bi: m=3
Lh: tuổi thọ của ổ Lh = 20000 giờ
L
Cd 1,543288 10,17(kN)
- Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ (trang 229 - [11]): Qt = X0 Fr + Y0 Fa
- Ta có (theo bảng 8.6, trang 229, [11]) ta được X0=0,5Y0=0,47 ⇒Qt =0,5×1281,75 + 0,47×490,05 = 871,2 (N) < Flt11 (3.56) (3.57) (3.58) (3.59) (3.60) (3.61) (3.62) 56
Vậy Qt = FltA= 871,2 (N) <C0 =2200(N). Kết luận: ổ đã chọn đảm bảo.
b. Chọn kiểu lắp ổ lăn.
- Vì vịng trong quay nên vịng trong chịu tải chu kỳ,vịng ngồi đứng n nên chịu tải cục bộ.Cấp chính xác 7 [12]
:
c. Chọn kiểu lắp puly.
CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH ĐIỆN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
4.1 Thiết kế mạch điện. 4.1.1 Yêu cầu hệ thống.
Theo như đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY TRỘN BỘT KIM LOẠI” các yêu cầu đề ra:
- Có khả năng điều khiển tốc độ và chỉnh thời gian.
- Hiển thị thời gian và chế độ đang được sử dụng.
4.1.2 Sơ đồ khối.
Sơ đồ khối mạch điều khiển (Hình 4.1).
HIỂN THỊ VI ĐIỀU KHIỂN MODULE
RELAY MODULE ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐỘNG CƠ DC NÚT NHẤN
Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển.4.1.3 Chức năng. 4.1.3 Chức năng.
- Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động.
- Khối vi điều khiển: có chức năng nhận/xuất dữ liệu, xử lý và điều khiển.
- Nút nhấn: chọn chế độ điều khiển, set giá trị thời gian, start/stop và reset lại thiết bị.
- Hiển thị: giúp hiển thị trạng thái hoạt động của thiết bị.
- Module relay: có chức năng đóng, ngắt module điều khiển tốc độ động cơ.
- Module điều khiển tốc độ động cơ: thay đổi tốc độ của động cơ.
- Động cơ DC : cung cấp moment cho hoạt động của máy.
4.2 Lựa chọn linh kiện, thiết bị.
4.2.1 Khối vi điều khiển.
Khối vi điều khiển: có chức năng nhận/xuất dữ liệu, xử lý và điều khiển.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại vi điều khiển khác nhau như arduino,… ta chọn Module STM32F103C8T6[13] (Hình 4.2) vì nó có giá thành hợp lý, thơng dụng.
Thơng tin module:
Vi điều khiển: STM32F103C8T6 - ARM 32 CPU Cortex-M3. Điện áp hoạt động: 2V-3.3V DC
Chế độ Debug: SWD. Tần số làm việc: 72MHZ. Bộ nhớ flash: 64K
SRAM: 20K
Tích hợp USB để cấp nguồn và giao tiếp.
Hỗ trợ các chuẩn giao tiếp: CAN, I2C, SPI UART/USART, USB. Có led báo nguồn
Nút nhấn Reset
Kích thước: 5.3cm x 2.2cm.
Hình 4.2: STM32F103C8T6.
4.2.2 Nút nhấn.
Khối nút nhấn: bao gồm 6 nút nhấn USER,1 nút RESET.
Nút RESET mạch điều khiển: có chức năng reset lại mạch khi sự cố.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại nút nhấn trên thị trường gồm các loại 2 chân, 4 chân, nút nhấn giữ... ta chọn nút nhấn 4 chân[14] (Hình 4.3).
Hình 4.3: Nút nhấn.4.2.3 Module relay. 4.2.3 Module relay.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại khác nhau trên thị trường nhưng ta chọn loại Module Relay 5V
[15] (Hình 4.4) vì:
Module sử dụng Relay tốt, đảm bảo hoạt động ổn định, lâu dài. Trên module có opto để cách ly dịng ngược về, hiệu suất ổn định.
Có thể set các mức cao thấp bằng cách thiết lập jumper trên module Có Led báo nguồn màu xanh, Led báo trạng thái Relay màu đỏ. Kết nối module với mạch điều khiển đơn giản.
Hình 4.4: Module Relay 5V.
Thơng số cơ bản:
o Nguồn cấp: 5 VDC o Size: 51 x 25.5mm o Dòng: 50mA
o Ngõ ra relay: 250 VAC 10A or 30 VDC 10A
4.2.4 Động cơ.
Động cơ: cung cấp momen cho toàn bộ hoạt động máy.
Lựa chọn linh kiện.
Trên thị trường các rất nhiều loại motor DC khác nhau nhưng motor Tamagawa Seiki – DC 24V với tua là 3500-5000 RPM [16], trục truyền động có đường kính là Ø10(Hình 4.6). Phù hợp với các thơng số tính tốn đã tính ở phần trên và giá thành hợp lý, thuận tiện sử dụng nên ta chọn motor Tamagawa Seiki – DC 24V
(Hình 4.5).
Hình 4.5: Motor Tamagawa Seiki – DC 24V.
4.2.5 Module điều khiển tốc độ động cơ DC.
Module relay: có chức năng đóng, ngắt module điều khiển tốc độ động cơ.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại khác nhau trên thị trường nhưng ta chọn PWM 8A 720W [17] (Hình 4.7) do có dịng, áp và cơng suất phù hợp với loại động cơ đang sử dụng. Giá cả hợp lý.
Hình 4.7: Module điều khiển tốc độ động cơ DC PWM 8A 720W.
Thông số cơ bản: Nguồn cấp: 6~90VDC Cơng suất: 720W Dịng: 8A Điều chỉnh tốc độ: 0%~100% Tần số xung PWM: 16KHZ Kích thước: 64 x 89 x 28mm 4.2.6 Khối hiển thị.
Khối hiển thị: giúp hiển thị các thông số thời gian, chế độ hoạt động trên màn hình LCD.
Lựa chọn linh kiện.
Trên thị trường các rất nhiều loại màn hình hiển thị như là LCD, TFT-LCD, Super LCD, OLED… và đủ các kích thước, chức năng. Các loại màn hình cảm ứng như cảm ứng điện dung, điện trở... Vì nhóm cần 1 màn hình có hỗ trợ sáng vào buổi tối nên quyết định chọn màn hình OLED.
Hình 4.8: Màn hình Oled SSD1306.
Màn hình OLED SSD1306 [18] (Hình 4.8) với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128x64 pixel. Ngồi ra, màn hình cịn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thơng qua giao tiếp I2C. Màn hình sử dụng driver SSD1306 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm và các ứng dụng một cách nhanh chóng.
Thơng số cơ bản:
Tiêu thụ điện năng thấp: 0.08W (fullscreen) Có thể điều chỉnh độ sáng và độ tương phản
Chuẩn giao tiếp: I2C (thông qua 2 chân SCL, SDA) Điện áp hoạt động: 3V-5V DC
Nhiệt độ hoạt động: -30 oC – 70 o
C
Kích thước màn hình: 1.3 inch (128x64 pixel)
4.2.7 Khối nguồn.
Khối nguồn: cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động.
Lựa chọn linh kiện:
Có nhiều loại nguồn khác nhau trên thị trường: 12V – 5A, 12V – 10A …ta chọn nguồn 24V–10A (Hình 4.9) vì modul điều khiển động cơ ta sử dụng dịng cấp vào là 24V [19]. Ngồi ra ta cịn sử dụng 1 adapter 5V – 1A (Hình 4.10) để cấp nguồn cho khối vi xử lý. [20]
Hình 4.9: Nguồn xung 24V – 10A.
Thơng số cơ bản:
Loại ngõ ra: Single. Cơng suất: 240W. Dịng Output: DC 10A. Áp Output: DC 24V. Điện áp vào: 110V/220V- 50/60Hz. Chứng chỉ: CE ROHS. Kích thước: 198x110x50. Nặng: 0.9Kg.
Bảo vệ: ngắn mạch, quá tải.
Hình 4.10: Adapter 5V – 1A.
4.2.8 Sơ đồ mạch điện.
4.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện (Hình 4.10).
Đèn báo ON/OFF Hiện thị LCD Tay Relay đóng MODEL ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ Select Start Stop DỪNG ĐỘNG CƠ DC HOẠT ĐỘNG
*Sơ đồ đấu dây của máy trộn kim loại bơt (Hình 4.11).
Hình 4.13: Sơ đồ đấu dây.
CHƯƠNG 5: LẮP RÁP VÀ THỬ NGHIỆM5.1 Lắp ráp. 5.1 Lắp ráp.
5.1.1 Các bước tiến hành lắp ráp.
Khung máy được thiết kế bằng nhơm định hình. Nên q trình lắp ráp tương đối thuận lợi. Và vì nhơm định hình rất nhẹ giúp máy giảm bỏ trọng lượng khơng đáng có. Q trình lắp ráp như sau:
Bước 1: Lắp ráp thành khung hình hộp chữ nhật theo các thanh nhơm đã cắt
sẵn (Hình 5.1, Hình 5.2).
Hình 5.2: Khung thành hình hộp.
Bước 2: Sau khi lắp khung thành hình hộp chữ nhật nhưng tại những điểm nối vẫn
cịn chưa được vng góc, ta cần dùng thước thẳng cân chỉnh lại (Hình 5.3).
Hình 5.3: Cân chỉnh vng góc tại các điểm nối.
Bước 3: Sau khi lắp ráp khung hồn chỉnh (Hình 5.4), chúng ta lắp ráp các tấm mica
cố định trục và đỡ motor.
Bước 4: Lắp puly và trục vào gối đỡ. Khi cắt laser trên các miếng mica đã được cắt
lỗ sẵn nên chúng ta lắp ráp theo lỗ đã định sẵn và theo kích thước thiết kế ngay ban đầu (Hình 5.5).
Hình 5.5: Q trình lắp trục vào gối đỡ.
Bước 5: Sau khi lắp trục và puly, chúng ta cân chỉnh khoảng cách hai trục theo kích
thước trên hai rãnh hột xồi (Hình 5.6).
Hình 5.6: Cân chỉnh khoảng cách trục.
Bước 6: Lắp motor và mạch điện (Hình 5.7).
Bước 7: Lắp khung trộn vào hai trục theo (Hình 5.8).
Hình 5.1: Lắp khung trộn .
Bước 8: Lắp mica bao quanh khung máy. Thành máy hoàn chỉnh (Hình 5.9).
Hình 5.2: Máy trộn hồn chỉnh.
5.1.2 Lỗi sai phát hiện trong q trình lắp ráp.
Sau khi gia cơng trục và tiến hành lắp trục với gối đỡ thì mối lắp có độ dơi nên khơng thể đưa trục lọt qua gối đỡ. Cần phải vừa chà nhám trục và vừa so với gối đỡ. Cho đến khi trục lọt qua và có thể di chuyển lên xuống một cách dễ dàng thì dừng lại. Hình 5.11 thể hiện rõ quá trình gia chà giấy nhám để đạt được kích thước cần lắp.
Hình 5.4: Kết quả sau khi chà nhám lại.
Ngồi ra trong q trình lắp ráp càng chữ C nhóm tìm hiểu được, đầu lắp với trục của càng chữ C phải nằm song song với hai mặt phẳng trước và sau của càng. Từ đó cơ cấu Oloid mới có thể chuyển động một cách trơn tru nhất(Hình 5.12).
Hình 5.5: Càng chữ C.
Với mơ hình thiết kế ban đầu khung đơc được cắt laser bằng mica (Hình 5.13). Nhưng khi lắp ráp và cho chạy thử, mơ hình mica khơng đủ độ cứng vững nên nhóm đã thay đổi vật liệu bằng inox (Hình 5.4).
Hình 5.6: Khung trộn bằng mica.
5.2 Thử nghiệm
5.2.1 Nguyên liệu được chọn cho thử nghiệm.
Do máy chuyên sử dụng cho công nghệ kim loại bột nên thành phần chủ yếu cho việc thử nghiệm là bột kim loại sắt và một số chất phụ gia theo các hình ảnh dưới đây:
Tính chất của Propylen: Propylen có màu trắng như (Hình 5.15)
- Màu sắc: Trắng
- Trạng thái: chất rắn
- Nhiệt độ nóng chảy: 8 K (-185,2 oC, -301,4 o
F)
-Khối lượng riêng: 1,74 g/cm3
Hình 5.15: Bột Propylene
Tính chất của sắt: Bột sắt có hai màu chính là màu ánh kim như (Hình 5.16) và màu đỏ như (Hình 5.17). - Trạng thái vật chất: Chất rắn - Nhiệt độ nóng chảy: 1811 K (1538 oC, 2800 o F) - Nhiệt độ sôi: 3134 K (2862 oC, 5182 o F) 77
- Khối lượng riêng: 7,874 g/cm3
- Khối lượng riêng ở thể lỏng: 6,98 g/cm3
Hình 5.16: Tinh bột sắt.
Tính chất vật lý của sáp Parafin: Sáp Parafin có màu trắng đục như (Hình 5.18 và hình 5.19).
- Trạng thái vật chất: Chất rắn
- Khối lượng riêng: 0,9 g/cm3
- Nhiệt độ nóng chảy: 310 K (37 oC, 99 oF)
Hình 5.18: Sáp Parafin cịn ngun khối.
Hình 5.19: Sáp Parafin khi được cắt nhỏ.
Tính chất vật lí của sáp Carnauba:
- Màu sắc: Vàng như (Hình 5.20)
- Trạng thái vật chất: Chất rắn
- Khối lượng riêng: 0,99 g/cm3
- Nhiệt độ nóng chảy: 83-91 o
C
Hình 5.20: Sáp Carnauba
Tính chất vật lý của Axit Stearic:
- Màu sắc: Trắng như ((Hình 5.21)
- Trạng thái vật chất: Chất rắn
- Nhiệt độ nóng chảy: 342,8 K (69,6 oC, 157,3 oF)
- Nhiệt độ sơi: 656 K (383 oC, 721 o
F)
Hình 5.21: Axit Stearic. 5.2.2 Thử nghiệm trộn các loại bột khác nhau.
Quy trình thực hiện trộn thử như sau: với các nguyên liệu đã nêu trên là bột sắt, bột sắt đỏ, sáp parafin, sáp Carnauba, bột Propylen và bột axit Stearic. Sau đó đưa vào máy trộn với các thời gian khác nhau, lượng bột khác nhau ta sẽ có được bột khơ trộn lẫn. Tiếp tục lấy phần bột đã trộn cho vào một lượng keo kết dính nhất định ta sẽ có hỗn hợp bột kim loại và chất phụ gia phục vụ cho q trình ép khn và gia nhiệt thành sản phẩm.
a. Với thời gian 5 phút.
Bảng 5.1: Khối lượng và nguyên liệu trộn lần 1
Nguyên liệu Khối lượng
(g)
Kết quả: Bột được trộn đều, mặt dù có dung dịch keo nhưng vẫn được đảo đều
trong lịng bình trộn (Hình 5.22).
Hình 5.22: Hỗn hợp trộn 5 phút. b. Với thời gian 4 phút.