Trong đó:
= = 700 (mm); = 160 (mm); = 130 (mm).
: trọng lực của thanh truyền. ( là khối lượng thanh truyền)
: trọng lực của khâu 2. ( là khối lượng khâu i với i =1 5)
: tổng trọng lực của khâu tam giác và động cơ 3.
: trọng lực trên khâu 3.
: tổng trọng lực của khâu 4, bột phận công tác,
58
❖ Mô men tại khớp quay thứ tư:
Khớp quay thứ tư không bị ảnh hưởng bởi trọng lực, mà chỉ ảnh hưởng bởi mơ men qn tính. Do đó, cần cung cấp một mơ men đủ lớn tại khớp quay này sao cho thắng được mơ men qn tính của bộ phận công tác và sản phẩm. Để dễ dàng trong việc tính mơ men qn tính, xem bộ phận công tác và sản phẩm của tay máy
như một đĩa tròn xoay với tổng khối lượng và bán
kính xoay r = 175 (mm).
(3.24)
I là mơ men qn tính và là gia tốc góc. v = 1 (m/s).
= 0,1 (s).
Từ kết quả tính được ở phương trình (3.24), lựa chọn động cơ SHA20A50CG thuộc dòng SHA Series của hãng HarmonicDrive cho khớp thứ 4 của tay máy với các thơng số chính trong bảng 3.7. Các động cơ thuộc dò SHA Series đều được tích hợp một hộp giảm tốc harmonic với tỷ số truyền phù hợp bên trong, nhằm tăng mô men xoắn cho động cơ.
59
Bảng 3.7 Thông số cơ bản của động cơ SHA20A50CG
Thông số Đơn vị Giá trị
Mô men xoắn lớn nhất N.m 73
Tốc độ lớn nhất r/min 120
Dòng điện lớn nhất A 6,1
Tỷ số truyền hộp số harmonic 1:50
Khối lượng (Mđ𝑐4) kg 2,7
❖ Mô men tại khớp quay thứ ba:
(3.25)
⟹ Từ kết quả tính được ở phương trình (3.25), lựa chọn động cơ SHA25A80CG
thuộc dòng SHA Series của hãng HarmonicDrive cho khớp thứ 3 của tay máy với các thơng số chính trong bảng 3.8.
60
Bảng 3.8 Thông số cơ bản của động cơ SHA25A160CG
Thông số Đơn vị Giá trị
Mô men xoắn lớn nhất N.m 178
Tốc độ lớn nhất r/min 70 Dòng điện lớn nhất A 7,6 Tỷ số truyền hộp số harmonic 1:80 Khối lượng (Mđ𝑐3) kg 4,1
❖ Mô men tại khớp quay thứ hai:
2 2 2 2 (3.26)
+P6. (l2 + l3 + l5) = 435,65 (N. m)
⟹ Từ kết quả tính được ở phương trình (3.26), lựa chọn động cơ SHA32A160CG
thuộc dòng SHA Series của hãng HarmonicDrive cho khớp thứ hai của tay máy với các thơng số chính trong bảng 3.9.
61
Bảng 3.9 Thông số cơ bản của động cơ SHA32A160CG
Thông số Đơn vị Giá trị
Mô men xoắn lớn nhất N.m 484
Tốc độ lớn nhất r/min 30
Dòng điện lớn nhất A 10
Tỷ số truyền hộp số harmonic 1:160
Khối lượng (Mđ𝑐2 = Mđ𝑐1) kg 8
❖ Mô men tại khớp quay thứ nhất:
Mô men tại khớp quay thứ nhất được tính tương tự như mơ men tại khớp thứ tư. Để dễ dàng trong việc tính mơ men qn tính, xem khâu 1 của tay máy như một đĩa tròn xoay với khối lượng và bán kính r1; các khâu còn lại của tay máy xem như một thanh đồng chất có khối lượng Mtay may và chiều dài Ltay may.
T1′ = Itay may. 𝜀tay may + I1. 𝜀1 (3.27)
62 Với: Mtay may = M2 + M3 + M4 + Mtg + 2. Mtt + Mct + Msp + Mđc3 + Mđc4 = 57,2 (kg) Ltay may = l2 + l3 + l5 = 1530 (mm) = 1,53 (m). M1′ = M1 + Mđc1 + Mđc2 = 103 (kg) r1 = 287,5 (mm).
Do ở khớp thứ nhất này sử dụng một bộ truyền bánh răng có tỷ số truyền u = 4, do đó mơ men thực sự cần ở động cơ là:
(3.29)
⟹ Từ kết quả tính được ở phương trình (3.29), lựa chọn động cơ SHA32A160CG
thuộc dòng SHA Series của hãng HarmonicDrive cho khớp thứ nhất, tương tự như động cơ cho khớp thứ 2.
3.5. Tính tốn bộ truyền bánh răng
Hai cấp bánh răng chọn cùng vật liệu: thép 45 được cải thiện. Theo bảng 6.13[5] đối với:
- Bánh dẫn: chọn độ rắn trung bình HB1 ≈ 250 HB. Giới hạn bền σ b = 850 (MPa). Giới hạn chảy σ c = 580 (MPa).
- Bánh bị dẫn: HB2 = HB1 - (10 ÷ 15) ≈ 235 HB. Giới hạn bền σb= 750 (MPa). Giới hạn chảy σc = 450 (MPa). Do bộ truyền được sử dụng là bộ truyền hở do đó tiến hành tính tốn thiết kế theo ứng suất uốn với tỷ số truyền được chọn là u = 4. - Mô men xoắn trên trục của bánh dẫn: T1 = 109945 (N. mm).
63
- Theo bảng 6.15[5]: Ψba = 0,3 ÷ 0,5. Chọn Ψba = 0,3 theo tiêu chuẩn. Khi đó:
- Theo bảng 6.4[5], ta chọn KHβ = 1,03; KFβ = 1,05. - Khoảng cách trục: aw = 150 (mm). - Bề rộng răng: bw = Ψba. aw = 0,3.150 = 45 (mm) - Xác định môđun mn: mn = (0,01 ÷ 0,02) aw = (0,01 ÷ 0,02).150 = 1,5 ÷ 3 Chọn mn = 2.
- Từ điều kiện: 200 ≥ β ≥ 80 Suy ra số răng bánh dẫn:
Chọn z1 = 29 răng.
- Số răng bánh bị dẫn: z2 = u. z1 = 4.29 = 116 răng. - Góc nghiêng răng.
- Theo các cơng thức trong bảng 6.11[5] ta có:
+ Đường kính vịng chia:
64 Chọn d1 = 60 mm; d2 = 240 mm. + Đường kính đỉnh răng: da1 = d1 + 2mn = 60 + 2.2 = 64 (mm) da2 = d2 + 2mn = 240 + 2.2 = 244 (mm) + Đường kính đáy răng:
df1 = d1 – 2,5mn = 60 – 2,5.2 = 55 (mm) df2 = d2 – 2,5mn = 240 – 2,5.2 = 235 (mm) ❖ Kiểm tra độ bền uốn:
- Theo bảng 6.13 [5] giới hạn mỏi uốn của bánh răng được xác định như sau: σOF lim = 1,8. HB
σOF lim1 = 1,8. HB1 = 1,8.250 = 450 (Mpa) σOF lim2 = 1,8. HB2 = 1,8.235 = 423 (Mpa) -
Ứng suất uốn cho phép: Chọn SF = 1,75; KFL = 1.
65 - Hệ số dạng răng YF. + Đối với bánh dẫn: + Đối với bánh bị dẫn: - Đặc tính so sánh độ bền uốn các bánh răng: + Đối với bánh dẫn: + Đối với bánh bị dẫn: - Vận tốc vòng bánh răng: Theo bảng 6.3 [5] chọn cấp chính xác 9 với vgh = 3 (m/s).
- Kiểm tra độ bền uốn theo bánh dẫn có độ bền thấp hơn với hệ số KFV = 1,04 tra theo bảng 6.6 [5].
Vậy bộ truyền bánh răng thỏa yêu cầu về độ bền uốn.
66
3.6. Kết luận chương 3
Trong chương 3 đã tính tốn lựa chọn được kích thước các khâu của tay máy (bảng 3.1) và thiết kế cơ khí các khâu, đồng thời thiết kế bộ phận công tác dạng tay kẹp phục vụ cho việc gắp và sắp xếp sản phẩm. Ngoài ra trong chương 3 cũng đã lựa chọn được động cơ phù hợp để truyền động cho tay máy. Với các kết quả có được ở chương 3, chương 4 sẽ tiến hành tính tốn động học tay máy và mơ phỏng kiểm tra động học.
67
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC TAY MÁY
Sau khi đã chọn được cơ cấu tay máy phù hợp ở chương 2 và thiết kế cơ khí ở chương 3, chương 4 tiến hành tính tốn động học tay máy và kiểm tra động học tay máy bằng Matlab. Động học tay máy nghiên cứu các chuyển động nhưng không xét đến các lực hay các mô men gây ra chuyển động. Động học chỉ xét đến vị trí và đạo hàm các biến vị trí theo thời gian, do đó chỉ đề cập đến tính chất hình học và thời gian chuyển động. Động học có hai dạng bài tốn là động học thuận và động học ngược. Động học thuận giải bài tốn vị trí và định hướng của cơ cấu tác động với các biến khớp là biến đầu vào, động học ngược thì ngược lại giải bài tốn các biến khớp với các biến đầu vào là vị trí và hướng của bộ phận cơng tác.
4.1. Bài tốn động học thuận