Chương 3 : THIẾT KẾ
3.2. Tính tốn, thiết kế cơ khí
3.2.4. Tính tốn, thiết kế cơ cấu truyền động bàn máy (trục Y)
Để phục vụ cho việc xác định đường hàn một cách hiệu quả đòi hỏi bàn đặt mẫu phải di chuyển ổn định với tốc độ cố định khơng đổi. Vì vậy nhóm quyết định thiết kế bộ truyền động dùng động cơ bước, dây đai và pulley nhằm tăng độ ổn định cũng như chính xác cho việc di chuyển của mẫu và để tiết kiệm chi phí.
55
Bảng 3.2: Thông số đầu vào trục Y
Khối lượng bàn trượt và phôi (m) 3 (kg) Vận tốc tối đa (V2) 2 (mm/s) Thời gian tăng tốc/giảm tốc (t1) 0,2 (s) Tính tốn chọn động cơ:
Để lựa chọn động cơ bước phù hợp ta cần căn cứ vào: moment xoắn, moment qn tính, số vịng quay tối đa cần cung cấp cho hệ.
Moment quán tính cần thiết
𝐽𝐿 = 𝐽𝑀+ 𝐽𝑆 (3.23) [23] Trong đó:
o JL: Tổng moment quán tính (g.cm2)
o JM: Moment quán tính của động cơ
o JS: Moment quán tính của pulley
𝐽𝑀 = 𝑚. (𝐷𝑝.10−3 2 )2 (3.24) [23] 𝐽𝑀 = 𝑚. (𝐷𝑝. 10 −3 2 ) 2 = 3. (9,4. 10 −3 2 ) 2 = 6,627. 10−5(𝑘𝑔. 𝑚2) Trong đó:
o m: khối lượng của bàn trượt và phôi (kg)
o Dp: đường kính pulley dẫn động tính từ tâm đến mặt răng ăn khớp (mm) 𝐽𝑆 =1 8. 𝑚𝑝. (𝐷𝑝. 10−3). 𝑛 (3.25) [23] 𝐽𝑆 =1 8. 𝑚𝑝. (𝐷𝑝. 10 −3). 𝑛 = 1 8. 0,024. (9,4. 10 −3). 1 = 2,651. 10−7(𝑘𝑔. 𝑚2) Trong đó:
56
o Mp: khối lượng pulley (kg/pc)
o Dp: đường kính pulley dẫn động tính từ tâm đến mặt răng ăn khớp (mm) o n: số pulley truyền động chính 𝐽𝐿 = 𝐽𝑀+ 𝐽𝑆 (3.26) [23] 𝐽𝐿 = 𝐽𝑀 + 𝐽𝑆 = ( 6,6270. 10−5+ 2,651. 10−7) = 6,6535. 10−5 (𝑘𝑔. 𝑚2) = 665,35 (g. 𝑐𝑚2) Hình 3.20: Cặp pulley truyền động
Moment xoắn cần thiết
𝑇 = (𝑇𝐴+ 𝑇𝐿). 𝑒 (3.27) [23] Trong đó:
o T: moment xoắn cần thiết cho động cơ
o TA: moment xoắn cần thiết khi tăng tốc
o TL: moment xoắn cần thiết cho tải
o e : hệ số an toàn 𝑇𝐴 = 𝐽𝐿( 𝑣𝑚 9,55.𝑡1) (3.28) [23] 𝑇𝐴 = 𝐽𝐿( 𝑣𝑚 9,55. 𝑡1) = 6,6535. 10−5. (0,6095 9,55.0,2) = 2,1232. 10−5(𝑁. 𝑚)
57 Trong đó:
o JL: tổng moment qn tính (kg.m2)
o vm: vận tốc quy đổi (vòng/phút)
o t1: thời gian tăng tốc/giảm tốc (s)
𝑇𝐿 =𝐹.𝐷𝑝.10−3 2𝜂.0,01 (3.29) [23] 𝑇𝐿 =𝐹. 𝐷𝑝. 10 −3 2𝜂. 0,01 = 2,94. 10−2. 9,4. 10−3 2.90.0,01 = 1,5353. 10 −4(𝑁. 𝑚) 𝐹 = 𝐹𝐴. (m .9,8). ( sin α + μ cos α ) (3.30)
𝐹 = 𝐹𝐴. (m .9,8). ( sin α + μ cos α ) = 0 + (3.9,8). (sin 0 + 0,001 . cos 0) = 2,94. 10−2(𝑁)
Trong đó:
o m: khối lượng của bàn trượt và phơi (kg)
o Dp: đường kính pulley dẫn động tính từ tâm đến mặt răng ăn khớp (mm)
o η: hiệu suất bộ truyền đai
𝑇 = (𝑇𝐴+ 𝑇𝐿). 𝑒 (3.31) [23] 𝑇 = (𝑇𝐴+ 𝑇𝐿). 𝑒 = (2,1232. 10−5+ 1,5353. 10−4). 1,5 = 2,6214. 10−4(𝑁. 𝑚) Vận tốc tối đa 𝑣𝑚 = 𝑣2.60 𝜋.𝐷𝑝 (3.32) [23] 𝑣𝑚 = 𝑣2. 60 𝜋. 𝐷𝑝 = 2.60 𝜋. 9,4 = 4,064(vịng/phút) Trong đó: o v2: vận tốc tối đa (mm/s)
58 Qua tính tốn ta được các thơng số cần thiết:
o Moment quán tính cần thiết: JL = 665,35 (g.cm2)
o Moment xoắn cần thiết: T = 2,6214. 10-4 (N.m)
o Số vòng quay tối đa: V = 4,064 (vịng/phút) Với tiêu chí:
o Nrate > Nmax: tốc độ định mức của động cơ lớn hơn tốc độ yêu cầu.
o Trate > T: momen định mức động cơ lớn hơn momen cần thiết.
o 0.5 < Jm≤ 2 : trong đó Jm là momen qn tính định mức của động cơ Dựa vào các tiêu chí trên và thêm vào đó là việc tăng độ chính xác cũng như giá cả giữa các loại motor, nhóm quyết định lựa chọn động cơ bước 57HS10030A4D8. Dưới đây là thơng số cơ bản của động cơ:
59
Hình 3.22: Trục X và Y trên mơ hình
Hình 3.23: Các cơ cấu chuyển động sau khi lắp đặt(Trục X: cơ cấu chuyển động mô phỏng đầu hàn (Trục X: cơ cấu chuyển động mô phỏng đầu hàn
60