51
Yếu tố chính xác của vít me khá quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của trục vít. Để lựa chọn cấp độ chính xác ta có thể tra trong catalouge của hãng. Trong đồ án này nhóm sử dụng vít me của hãng PMI. Với u cầu độ chính xác ± 0,1/300𝑚𝑚 ta có thể chọn cấp chính xác là C7.
Tính tốn bước vít dựa vào cơng thức:
𝑙 ≥ 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑁𝑚𝑎𝑥 Trong đó 𝑉𝑚𝑎𝑥 là vận tốc lớn nhất (mm/s) 𝑁𝑚𝑎𝑥 là tốc độ vòng quay lớn nhất (vịng/s) Từ đó tính được: 𝑙 ≥ 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑁𝑚𝑎𝑥 = 𝑉1 𝑁𝑚𝑎𝑥 = 20.60 1000 = 1,2 Chọn bước ren 2 mm.
Điều kiện làm việc và các thơng số được tính chọn. Lực chống trượt: 𝐹𝑎 = 𝜇. 𝑊𝑦 = 𝜇. 𝑚. 𝑔 = 0,1.1,5.10 = 1,5 𝑁 Tính tốn lực dọc trục: Tăng tốc: 𝐹𝑎1 = 𝑚𝑔 + 𝑚𝑎 = 1,5.10 + 1,5.2 = 18 𝑁 Chạy đều: 𝐹𝑎2 = 𝑚𝑔 = 1,5.10 = 15 𝑁 Giảm tốc: 𝐹𝑎3 = 𝑚𝑔 − 𝑚𝑎 = 1,5.10 − 1,5.2 = 12 𝑁 Lực dọc trục trung bình: 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 𝐹𝑎1 = 18 𝑁
52 Tính tốn tải trọng:
Tải trọng tĩnh:
𝐶0 = 𝑓𝑠. 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 2.18 = 36 𝑁 Trong đó: 𝐶0 là tải trọng tĩnh
𝑓𝑠 là hệ số bền tĩnh, đối với máy thông thường 𝑓𝑠 = 1,2 ~ 2, ở đây chọn 𝑓𝑠 = 2.
𝐹𝑚𝑎𝑥 lực lớn nhất tác dụng lên vít me.
Với bước ren 𝑙 = 2 𝑚𝑚, số vòng quay danh nghĩa là 𝑁𝑚 = 𝑉1
𝑙 = 1200
2 = 600 (vòng/phút).
𝑓𝑤 là hệ số tải, trục Z di chuyển với tốc độ 𝑣 < 15 (m/phút) nên lấy 𝑓𝑤 = 1,2. Tải trọng động tính được:
53
Bảng 5.1 Thơng số vít me – đai ốc bi
Chọn bán kính trục vít:
Tổng chiều dài trục vít = khoảng cách dịch chuyển + chiều dài đai ốc + khoảng thoát = 150 + 40 + 40 = 230 mm.
Kiểu lắp fixed – free có 𝑓 = 3,4 Bán kính trục vít: 𝑑𝑟 =𝑛. 𝐿 2 𝑓 . 10 −7 =1000. 250 2 3,4 . 10 −7 = 1,8 𝑚𝑚
Chọn vít me có bán kính 4 mm. Dựa trên catalouge của hãng PMI ta chọn loại vít me:
FSM0802 – C3 – 1R – 0248.
54 Tuổi thọ làm việc: 𝐿𝑡 = ( 𝐶𝑎 𝐹𝑚𝑧.𝑓𝑤)3. 106. 1 60.𝑁𝑚 = ( 200 18.1,2)3. 106. 1 60.600 = 22056,2ℎ Tốc độ quay cho phép: 𝑛 = 𝑓.𝑑𝑟 𝐿2. 107 = 3,4. 4 2502. 107 = 2176 (vòng/phút) Độ dịch do thay đổi nhiệt độ.
∆𝐿0 = 𝜌. 𝜃. 𝐿 = 12. 10−6. 3.250 = 0,009 𝑚𝑚 Trong đó: 𝜌 là hệ số giãn nở khi thay đổi nhiệt độ (12𝜇𝑚/𝑚0𝐶)
𝜃 là nhiệt độ thay đổi của trục vít L là chiều dài trục vít
Như vậy thời gian hoạt động và số vòng quay đều đạt yêu cầu. [2]
5.2.2.2 Động cơ trục Z
Căn cứ vào momen tải quy đổi, momen qn tính và số vịng quay tối đa, ta lựa chọn động cơ bước phù hợp. Để đơn giản trong q trình tính tốn ta sử dụng cơng cụ tính tốn động cơ bước có sẵn trên trang orientalmotor.com.[4]
55
56
Bảng 5.3 Thơng số tính tốn động cơ[4]
Trong đó:
Total mass of load and table: Khối lượng của bàn máy và phôi, m = 1,5 kg Friction coefficent of guide: Hệ số ma sát của thiết bị dẫn hướng
Dianmeter: Đường kính của trục vít D = 8 mm
Total length: Tổng chiều dài của trục vít L = 250 mm Lead: Bước vít, p = 2 mm
Efficient: Hiệu suất, đối với vít me bi có hiệu suất là 95% Material: Vật liệu là thep không gỉ
57 Safety factor: Hệ số an tồn
Mechanisn angle: Góc nghiêng của cơ cấu
Bảng 5.4 Kết quả tính tốn động cơ[4]
Qua kết quả tính tốn trên ta đã thu được các thông số cần thiết như: Momen quán tính: 𝐽𝐿 = 1,1061. 10−6 (𝑘𝑔. 𝑐𝑚3)
Momen tải quy đổi: : 𝑇 = 6,7001. 10−2 (𝑁. 𝑚) Số vòng quay tối đa: : 𝑉 = 480 (vịng/phút) Với tiêu chí:
58
𝑇𝑟𝑎𝑡𝑒 > 𝑇 momen định mức động cơ lớn hơn momen cần thiết 0,5 > 𝐽𝐿
𝐽𝑚 ≥ 2 trong đó 𝐽𝑚 là momen quán tính định mức của động cơ
Dựa vào các tiêu chí trên, giá thành và độ chính xác motor, ta lựa chọn động cơ bước mã 42H47HM – 0504A – 18.
Hình 5.5 Động cơ bước 42H47HM – 0504A – 18 [13]
Dưới đây là các thông số của động cơ. Góc bước nhỏ nhất: 0,90
Momen xoắn 𝑇𝑟𝑎𝑡𝑒 = 0,45 (𝑁𝑚)
Momen quán tính 𝐽𝑚 = 72. 10−4 (𝑔. 𝑐𝑚2) Khối lượng motor m = 367 (g)
59 Dòng định mức I = 1,7 (A)
Momen hãm T = 37. 10−4 (𝑁𝑚)
5.2.2.3 Khớp nối
Để truyền chuyển động, truyền momen giữa 2 trục với nhau ta sử dụng khớp nối gồm: nối trục, ly hợp và ly hợp tự động. Khớp nối là chi tiết tiêu chuẩn vì vậy trong thiết kế thường dựa vào momen xoắn tính tốn Tt, được xác định theo cơng thức :
𝑇𝑡 = 𝑘. 𝑇 = 4.0,08 = 0,32 (𝑁𝑚) ≤ [𝑇]
Với: T là momen xoắn danh nghĩa k là hệ số chế độ làm việc, k = 4
Đối với máy in 3D, ta dùng loại khớp nối đàn hồi bằng hợp kim nhơm do kích thước khớp nối nhỏ gọn, khả năng truyền momen xoắn cao. Đồ án sử dụng khớp nối loại PC1 với đường kính motor 5mm, kích thước 2 đầu trục 5 – 8.
60