QUY TRÌNH THIẾT KẾ 4.1 Thiết kế phần cơ khí
4.2 Tính tốn bộ chuyền trong máy cấp gạo:4.2.1 Băng tải 4.2.1 Băng tải
Băng tải chủ yếu gồm dây đai, con lăn, thiết bị truyền dẫn… Đai truyền được làm từ dây PVC, có độ dày 2mm, thường có màu xanh lá. Nâng lực vận chuyển cao, tiếng ồn nhỏ. Cấu trúc đơn giản, lắp đặt thuận tiện , tu bảo dưỡng tiện lợi, tiêu thụ điện năng thấp.
4.2.2 Bộ truyền đai
Bộ truyền đai hoạt động theo ngun lí ma sát : cơng suất từ bánh chủ động truyền cho bánh bị động nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai và bánh đai .
Ma sát sinh ra giữa hai bề mặt xác định theo công thức : Fms= f.N
Như vậy , để có lực ma sát thì cần phải có áp lực pháp tuyến . Trong bộ truyền đai, để tạo lực pháp tuyến thì phải tạo lực căng đai ban đầu , kí hiệu là F0.
Ưu điểm :
- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (< 15m ) .
- Làm việc êm , không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn .
- Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác động lên cơ cấu .
- Nhờ vào sự trơn trượt của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ . - Kết cấu và vận hành đơn giản, giá thành hạ.
Nhược điểm :
- Tỉ số chuyền thay đổi do hiện tượng trượt trơn giữa đai và bánh đai ( ngoại trừ đai răng) .
- Bộ truyền có khả năng tải khơng cao. Kích thước của bộ truyền lớn hơn các bộ truyền khác khi làm việc với tải trọng như nhau.
- Tuổi thọ của bộ truyền tương đối thấp, đặc biệt khi làm việc với vận tốc cao. - Lực tác dụng lên trục và ổ lớn, có thể gấp 2-3 lần so với bộ truyền bánh răng - Kích thước bộ truyền đai lớn so với các bộ truyền khác; xích, bánh răng. Phạm vi sử dụng bộ truyền đai :
- Bộ truyền đai được dùng nhiều trong các máy đơn giản. Khi cần truyền chuyển động giữa các trục xa nhau. Kết hợp dùng làm cơ cấu an tồn để bảo vệ đơng cơ. - Bộ truyền đai thường dùng truyền tải trọng từ nhỏ đến trung bình. Tải trọng cực
đại có thể đến 50 kW.
- Bộ truyền có thể làm việc với vận tốc nhỏ đến trung bình. Vận tốc thường dùng khơng nên quá 20 m/s, vân tốc lớn nhất có thể dùng là 30 m/s.
- Tỷ số truyền thường dùng từ 1 đến 3 cho đại dẹt, từ 2 đến 6 cho đai thang. Tỷ số truyền tối đa cho một bộ truyền đai dẹt không nên quá 5, cho bộ truyền đai thang khơng nên q 10.
- Hiệu suất trung bình trong khoảng 0.92 đến 0.97.
Kết luận: Dựa vào kết cấu của mơ hình, ta chọn bộ truyền đai. Với bộ truyền đai thì rất dễ chế tạo, giá thành rẻ, tính tốn dễ dàng…Trong khối băng tải ta sử dụng bộ truyền đai để truyền động từ động cơ đến trục tang, ngồi những lí do đã phân tích ở trên cịn có một số ngun nhân sau:
- Phổ biến trên thị trường. - Giá thành rẻ, lắp đặt đơn giản.
4.2.3 Tính tốn bộ truyền đai:
hệ số ma sát giữa đai và bánh đai hình thang lớn hơn so với đai dẹt và do đó khả năng kéo cũng lớn hơn. Tuy nhiên cũng do ma sát lớn hơn nên hiệu suất của đai hình thang thấp hơn đai dẹt
Để dễ tính tốn, chúng em sẽ sử dụng bộ tài liệu Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí (tập một) của Trịnh Chất và Lê Văn Uyển biên soạn áp dụng vào đề tài
Chọn loại đai và tiết diện đai
Chọn tiết diện đai là O
Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục
Theo bảng 4.13 chọn đường kính bánh đai nhỏ d1= 70 mm Vận tốc tối đa v = ��1�1/6000=� . 70.300/60000 ≈1,1 m/s
Nhỏ hơn vận tốc cho phép Vmax= 25 m/s
Theo công thức 4.2, với� = 0.02, đường kính bánh đai lớn d2= ud1(1-�) = 1,5.70 .(1-0.02)≈103 mm
Theo bảng 2.26 chọn đường kính tiêu chuẩn d2 = 112 mm
Như vậy tỉ số truyền thực tế ut= d2/[d1(1-�)] = 112/[70.(1-0,02)]≈1,63% < 4% Theo bảng 4.14 chọn sơ bộ khoảng cách trục a = d2 = 112 mm, theo công thức 4.4, chiều dài đai:
l = 2a + 0.5�(d1+ d2) + (d2-d1)2/4a = 2.112 + 0,5.3,14(70 + 112) + (112 – 70)2/4.112
≈ 513,6 ��
Theo bảng 4.13 chọn chiều dai tiêu chuẩn l = 500mm. Nghiệm số vòng chạy của đai trong 1 giây
i =�� =1,10,5= 2,2 < 10 (thỏa)
Theo 4.6, a = ( λ + �2− 8�2 ) / 4 Với λ = l -� �1 + �2 / 2 = 214,11 Δ = (d2 – d1) / 2 = 21 a = (214,11 + 214,112− 8. 212 / 4 = 266 mm Theo 4.7 góc ơm α1 = 180° - (d2 -d1)57° / a = 180° -57.(112−70)266 = 171° α1≥ 150°<=>171°≥150°
Chọn đai vải cao su
Xác định số đai Theo công thức 4.16 z = P1Kđ/([ P0]��������) Theo bảng 4.7, Kđ= 1 Với α1= 171°,�� = 0,98 (bảng 4.16) Với� � 0 =500 500= 1, �� = 1 (bảng 4.16) Theo bảng 4.17, với u = 1,5,��= 1,11 Theo bảng 4.19, [P0] = 0,33Kw ( v = 1,1 m/s, d1= 70 mm) P1/[P0] = 0,5.1/0,33≈1,52 do đó��= 0,93 Z = 1 đai
Chiều rộng bánh đai, theo 4.17 và bảng 4.21 B = (Z-1)t + 2e = (1-1).12 + 2.8 = 16 mm
Đường kính ngồi của bánh đai da= d1+ 2h0= 70 + 2.2,5 = 75 mm Xác định lực căng ban đầu và lực tác dụng lên trục:
Trong đó Fv= qmv2( định kì điều chỉnh lực căng), với: qm= 0,061 Kq/m (bảng 4.22) Fv= 0,061.1,12≈0,07N, do đó F0= 780.0,5.1/(1,1.0,98.1) + 0,07 = 361,85 N Theo 4.21 lực tác dụng lên trục Fr= 2F0zSin(�1/2) = 2.361,85.1.Sin(171°/2) = 721,4 N 4.3 Chọn động cơ
Cho vận tốc băng tải là v = 0.5 m/s Trục tang đường kính D = 10 mm
4.3.1 Xác định cơng suất động cơ
Pct= Pt/ɳ Trong đó:
- Pt: Cơng suất tính tốn trên trục máy cơng tác: - ɳ : Hiệu suất truyền động, tra bảng 2.3, ɳ = 0,95.0,992
Pt= Plv=1000�.� =451,2 . 0,51000 ≈023 Kw
Pct=0,95.0,990.23 2 ≈0,25 Kw
4.3.2 Xác định sơ bộ số vòng quay đồng bộ
nlv= 60000v/(��)= 6000.0,5/(3,14.10) = 955 vg/p
Từ utvà nlvcó thể tính được số vịng quay sơ bộ của động cơ nsb= nlv.ut= 955.3 = 2865
Theo bảng P1.3 phụ lục với Pct= 0,25 và nđb= 2800 vg/p
4.4 Tính tốn chọn xi lanh khí nén.4.4.1. Cơ cấu sinh lực bằng khí nén 4.4.1. Cơ cấu sinh lực bằng khí nén
Khí nén được sử dụng khá rộng rãi trong sản xuất cơng nghiệp. Khí nén là khơng khí sạch được máy nén khí nén đến áp suất 6-7atm để khi đi qua các ống dẫn đến đồ gá có áp suất làm việc 3-4 atm
Ưu điểm:
- Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.
- Do có khả năng chịu nén ( đàn hồi) lớn của khơng khí, nên có thể trích chứa khí nén rất thuận lợi. Vì vậy có khả năng ứng dụng để dành lập một trạm trích chưa khí nén
- Khơng khí dùng để nén, hầu như có số lượng khơng giới hạn và có thể thải ra ngược trở lại bầu khí quyển.
- Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rị rỉ khơng khí nén ở hệ thống dẫn, do đó khơng tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn.
Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp, các nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
Hệ thống phịng ngừa áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy hiểm của q tình sử dụng hệ thống bằng khí nén thấp.
Các thành phần vận hành tỏng hệ thống ( cơ cấu dẫn động, van,..) có cấu tạo đơn giản và giá thành khơng đắt.
Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành logic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các móc phức hợp.
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi theo, bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn ( khơng thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều).
- Dịng khí thốt ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn.
- Khơng thể điều khiển được q trình trung gian giữa 2 ngưỡng.
Kết luận: chọn cơ cấu sinh lực bằng xi lanh khí nén để tạo ra lực đẩy phơi lên băng tải (khối cấp phôi) và lực đẩy phôi khỏi băng tải vào máng dẫn phôi (khối phân loại sản phẩm). Ta chọn cơ cấu xi lanh vì nó có ưu điểm là:
- Giá thành rẻ.
- Sử dụng đơn giản với sinh viên. - Dễ tìm mua trên thị trường.
Do sử dụng xi lanh khí nén nên ta dùng thanh trượt bi để hổ trợ dẫn hướng cho xi lanh hoạt động ổn định hơn trong khối máy dập. Nó có các ưu điểm sau:
- Giá thành rẻ .
- Hoạt động đơn giản, ổn định . - Phổ biến trên thị trường .
4.4.2 Tính tốn chọn xi lanh khí nén
Để có thể tính tốn, tìm ra thơng số kỹ thuật của xi lanh khí nén cơ bản sao cho đáp ứng được các yêu cầu vận hành thì cần chú ý đến các kí hiệu sau:
- P là áp suất khí nén được đưa vào xi lanh với đơn vị kg/cm2 - F là lực của xi lanh đơn vị N
- A là diện tích của piston trong xi lanh với đơn vị cm2 - Đường kính ống xi lanh D, đường kính cần xi lanh d
- S hành trình xi lanh, phụ thuộc vào khoảng cách cơng việc cụ thể - Cơng thức tính:� = � ∗ �
- Cơng thức tính đường kính: � = ( �∗4)(�∗�) Tính tốn chọn xy lanh cho tấm chặn : Thơng số: - Hành trình xy lanh L = 50mm - Thời gian dẫn động T = 0.5s - Tải trọng đáp ứng F = 10 N Khi đó:
- Áp suất khí nén của các máy nén khí thơng dụng là p = 4 bar = 4.079 kg/cm2
- Tải trọng đáp ứng F = 25N = 2.5 (kg) - Chọn đường kính xi lanh:
� = ( � ∗ �) =( � ∗ 4) (4.079 ∗ 3.14) = 0.88 ��( 2.5 ∗ 4)
- Chọn đường kính D = 16mm - Hành trình xi lanh L = 50mm
Vậy với xi lanh có đường kính D = 16mm, áp suất máy khí nén cung cấp 4 bar ta có: D = 1.6cm A =( �∗ �4 2)=(3.14 ∗ 1.64 2)= 2.0096 ��2 p = 4.079 Kg/cm2 Fđ= p *A = 4.079 * 2.0096≈8.2 kg
Vậy với xi lanh có các thơng số trên sẽ có lực đẩy là 8.2 kg Kết luận: Ta chọn xi lanh MAL16x50
Tính tốn cho xi lanh đẩy sản phẩm: Thơng số:
- Hành trình xy lanh L = 125mm - Thời gian dẫn động T = 0.5s - Tải trọng đáp ứng F = 2 N Khi đó:
- Áp suất khí nén của các máy nén khí thơng dụng là p = 4 bar = 4.079 kg/cm2
- Tải trọng đáp ứng F = 2N = 0.2 (kg) - Chọn đường kính xi lanh:
� = ( � ∗ �) =( � ∗ 4) (4.079 ∗ 3.14)( 0.2 ∗ 4) = 0.25 ��
- Chọn đường kính D = 16mm - Hành trình xi lanh L = 125mm
Hình 4.4 : Xi lanh Airtac 16x125.
Vậy với xi lanh có đường kính D = 16mm, áp suất máy khí nén cung cấp 4 bar ta có: D = 1.6cm A =( �∗ �2) 4 =(3.14 ∗ 1.62) 4 = 2.0096 ��2 P = 4.079 Kg/cm2 Fđ= P *A = 4.079 * 2.0096≈8.2 kg
Vậy với xi lanh có các thơng số trên sẽ có lực đẩy là 8.2 kg Kết luận: ta chọn xi lanh MAL16x125
4.5 Thiết kế phần điều khiểnSơ đồ nguyên lý: Sơ đồ nguyên lý:
Hình 4.5 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động.+ Giải thích sơ đồ nguyên lý hoạt động: + Giải thích sơ đồ nguyên lý hoạt động:
Nguồn sử dụng cho tồn bộ mơ hình dùng nguồn 12V để điều khiển tất cả hệ thống. Dữ liệu đầu vào Arduino được đưa vào chân A0,A1 để tắt và bật máy hoạt động. Chân A2,A3 để đưa thông tin người dùng thiết lập.
Chân A4,A5 dùng để hiển thị dữ liêu qua màn hình LCD. Chân A6,A7 cấp tín hiệu cho ULN2803 điều khiển xi lanh.
Chân D12,D11 nhận tín hiệu từ Hx711 Module từ code của chương trình. Chân D3 cấp tín hiệu điều khiển động cơ 1 chiều chạy băng tải.
4.6 Lựa chọn vật liệu cơ khí và linh kiện điện tử liên quan4.6.1 Chọn vật liệu: 4.6.1 Chọn vật liệu:
. Nhơm định hình
Nhơm định hình là những loại nhơm đã qua q trình xử lý kim loại nhằm phát huy tối đa các đặc tính vật lý của nhơm, phù hợp cho các nhà thiết kế, kỹ sư và nhà sản xuất. Nhơm định hình ngày càng được ứng dụng rộng trong các ngành cơng nghiệp.
Nhơm định hình khơng chỉ thiết kế được nhiều kiểu dáng mà còn mang những ưu điểm vượt trội so với những vật liệu khác có trong tự nhiên.
Những điểu cần biết về nhơm định hình:
- Cách âm, cách nhiệt:Được làm từ profile nhơm có cầu cách nhiệt kết hợp với kính dán 2 lớp, hệ gioăng EPDM và hệ phụ kiện kim khí đồng bộ, nên cửa nhơm và hệ vách nhơm kính lớn của R.MAX có tính cách âm cao. Đặc biệt, profile nhơm có cầu cách nhiệt có tính cách âm cao hơn.
- Chịu lực tốt: Các thanh profile được thiết kế hợp lý với các khoang rỗng và gân tăng cứng cũng như chiều dày nhôm, các rãnh, vách kỹ thuật trong cấu trúc thanh nhơm được tính tốn kỹ lưỡng để tạo sống gia cường, kênh thoát nước, khoang trống cách âm, cách nhiệt. Với cấu tạo này, thanh profile nhơm có tính cách âm, cách nhiệt cao và nổi bật là chịu lực tốt. Đặc biệt, với hệ thống sản phẩm có cầu cách nhiệt thì các gân tăng cứng và khoang rỗng nhiều hơn nên khả năng chịu lực càng tốt hơn.
Tải trọng nhẹ: Do đặc điểm nhôm là vật liệu nhẹ, có độ bền cao và khơng bị rỉ sét, được thiết kế các khoang rỗng cùng với các sống gia cường hợp lý nên việc sử dụng vật liệu này sẽ giảm tải trọng của tồn bộ cơng trình hơn hẳn so với vách tường sử dụng các loại vật liệu khác. Profile nhơm đã được tính tốn tải trọng an tồn cho khả năng chịu lực cao, chịu tác động từ gió, bão, động đất. Do đó vật liệu này đem lại
- Tiết kiệm trong sử dụng: Với các tồ nhà cao tầng có nhiều diện tích vách tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời thì chi phí điện năng cho hệ thống điều hồ, thơng gió nhằm ổn định điều kiện khơng khí trong tồ nhà rất lớn. Việc sử dụng cửa nhơm và vách nhơm kính lớn với kính phản quang, cách nhiệt, kính an tồn… là giải pháp chính trong việc tiết kiệm điện năng.
- Trong trường hợp biến động nhiệt độ cao, cửa nhơm định hình khơng bị cong vênh trong thời gian dài, đây là điều rất cần thiết ở những vùng có nhiều ánh nắng mặt trời và nhiệt độ cao như nước ta.
Kết luận: Để hệ thống có thể hoạt động tốt khơng thể thiếu khung cơ khí được làm từ loại nhơm định hình 20*20, giúp cho hệ thống chắc chắn , thẩm mỹ.
Hình 4.6: Nhơm định hình 20x20 (nguồn internet).
4.6.2 Chọn van điều khiển
a. Van đảo chiều 5/2
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dịng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dịng khí nén.
* Ký hiệu của van đảo chiều
- Vị trí của nịng van được ký hiệu bằng các ơ vng liền nhau với các chữ cái o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …
- Vị trí ‘khơng’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngồi vào. Đối