=> Dựa vào độ tương quan của đề tài với phương án tối ưu nhất và khả năng hoàn thiện mơ hình tốt nhất thì nhóm chúng em lựa chọn phương án 3( máy bóc vỏ trứng cút mini ) để thiết kế và thi công đề tài máy bóc vỏ trứng cút.
20
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 Sơ đồ khối và chức năng từng khối
Khối nguồn
Khối điều khiển trục động cơ
Khối xử lý trung
tâm Khối cấp nước
Khối điều khiển động cơ lắc Hình 3.1: Sơ đồ khối
21
3.1.1 Khối nguồn
- Nguồn sử dụng cho mơ hình máy bóc vỏ trứng cút là nguồn tổ ong 12VDC cung cấp cho tồn bộ hệ thống trong mơ hình.
3.1.2 Khối xử lý trung tâm
- Đây là khối đảm nhiệm xử lý các tín hiệu đầu vào bằng các nút nhất để làm cho các hệ thống vận hành như đã lập trình. Khối xử lý được điều khiển bởi mạch vi điều khiển Aduino.
3.1.3 Khối điều khiển trục động cơ
- Khối điều khiển trục động cơ có chức năng điều khiển trục vít quay ép trứng vào hai trục lột để thực hiện q trình bóc vỏ trứng.
3.1.4 Khối cấp nước
- Khối này có nhiệm vụ cấp điện cho máy bơm từ nguồn để thực hiện quá trình bơm-xả nước cung cấp nước cho q trình bóc vỏ trứng và làm sạch trứng.
3.1.5 Khối điều khiển động cơ lắc
- Động cơ lắc được cấp nguồn từ khối xử lý trung tâm làm nhiệm vụ quay cơ cấu cam làm mềm trứng trước khi vào giai đoạn bóc vỏ.
22
3.2 Lưu đồ giải thuật
Bắt Đầu Kiểm tra trứng trong máng Nhấn nút start ĐC lắc chạy Trứng rơi xuống bộ phận bóc vỏ Tiến hành bóc vỏ Trứng rơi xuống rổ Máy bơm Đ Đ Đ Đ S S
23
3.3 Nguyên lý hoạt động
- Trứng đựng trong mang lắc, động cơ kết hợp với cam làm máng lắc chuyển động làm mềm trứng và di chuyển xuống bộ phận bóc vỏ. Sau khi trứng được đưa xuống bộ phận bóc vỏ động cơ kết hợp trục vít di chuyển trứng đồng thời 2 trục song song với trục vít có nhiệm vụ bóc vỏ do lực ma sát . Sau khi trứng được bóc sạch vỏ thì rơi xuống máng dẫn vào rổ đựng.
Trứng sau khi luộc thì sẽ được đưa vào máng lắc, máng lắc có nhiệm vụ làm mềm trứng và di
chuyển trứng xuống bộ phận bóc vỏ.
Sau khi trứng rơi từ máng lắc xuống bộ phận bóc vỏ thì trục vít bắt đầu hoạt động di chuyển trứng đồng thời 2 trục lột song song với trục vít xoay tạo ra ma sát để lột vỏ trứng, cùng lúc đó thì động cơ bơm nước
hoạt động cung cấp cho q trình bóc vỏ
Kết thúc q trình bóc vỏ, vỏ rơi xuống máng
Kết thúc q trình bóc vỏ, trứng rơi xuống rổ Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý
24
3.4 Giới thiệu các linh kiện liên quan 3.4.1 Tủ điện 3.4.1 Tủ điện
Hình 3.4: Tủ điện
- Được dùng làm nơi để lắp đặt và bảo vệ cho các thiết bị đóng cắt điện, thiết bị điều khiển và là nơi đấu nối, phân phối điện cho sản phẩm.
- Có độ thẩm mỹ cao.
- Đảm bảo cách ly những thiết bị mang điện với người sử dụng điện trong q trình vận hành, an tồn điện.
- Đặt ở những chỗ cao tránh tầm tay trẻ em, khi trong nhà có trẻ nhỏ. - Dễ dàng sử dụng và bảo quản, bảo trì.
- Dễ dàng vận chuyển. - Dễ dàng tháo lắp sửa chữa.
25
3.4.2 Arduino Uno R3
Hình 3.5: Mạch Arduino Uno R3
* Thông số kỹ thuật:
Vi điều khiển: ATmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt động: 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động: 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng: 30mA
Điện áp vào khuyên dùng: 7-12V DC Điện áp vào giới hạn: 6-20V DC
Số chân Digital I/O: 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog: 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O: 30 mA Dòng ra tối đa (5V): 500 mA
26
3.4.3 Mạch cầu H
Hình 3.6: Mạch cầu H(L298N)
27 - Driver: L298N tích hợp hai mạch cầu H. - Điện áp điều khiển: +5 V ~ +12 V.
- Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A (=>2A cho mỗi motor). - Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V.
- Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ~ 36mA.
- Cơng suất hao phí: 20W (khi nhiệt độ T = 75 ℃). - Nhiệt độ bảo quản: -25 ℃ ~ +130 ℃.
- Mạch cầu H là một mạch đơn giản dùng để điều khiển động cơ DC quay thuận hoặc quay nghịch.
- Một động cơ DC có thể quay thuận hoặc quay nghịch tùy thuộc vào cách mắc cực âm và dương cho motor đó. Tương tự, khi ta đóng S1 và S4, ta đã cho A nối với cực dương (+) và B nối với cực âm (-) của nguồn, một dòng điện chạy từ nguồn qua S1 qua động cơ qua S4 về mass làm động cơ quay theo chiều thuận, cịn ngược lại khi ta đóng S3 và S2 động cơ sẽ chạy nghịch.
* L298 gồm các chân:
- 12V power, 5V power. Đây là 2 chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ. Có thể cấp nguồn 9-12V ở 12V.
- Bên cạnh đó có jumper 5V, nguồn 5V ra ở cổng 5V power, ngược lại thì khơng. Để như hình thì ta chỉ cần cấp nguồn 12V ở 12V power là có 5V ở 5V power, từ đó cấp cho Arduino angry.
- Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho động cơ. - Nối với GND của Arduino.
- Gồm có 4 chân Input: IN1, IN2, IN3, IN4. Output A: nối với động cơ A.
- Chú ý chân +, -. Nếu nối ngược thì động cơ sẽ chạy ngược và chú ý nếu nối động cơ bước phải đấu nối các pha cho phù hợp.
28
3.4.4 Mạch điều khiển động cơ bước TB6600 4.0A 9~42VDC
Hình 3.8: Mạch điều khiển động cơ bước TB6600
*Thông số kỹ thuật:
Nguồn đầu vào là 9V – 42V Dịng cấp tối đa là 4A
Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao Có tích hợp đo q dịng q áp Cân nặng: 200
29
3.4.5 Sơ đồ nối dây mạch điều khiển động cơ bước TB6600
Hình 3.9: Sơ đồ nối dây điều khiển động cơ bước TB6600 - DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC. - DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC.
- DC- : Điện áp (-) âm của nguồn.
- A+ VÀ A-: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước. - B+ VÀ B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ.
- PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5v) từ bob cho m6600 . - PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ bob cho m6600. - DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5v) từ bob cho m6600. - DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiềđiện áp (-) âm của nguồn.
- ENA+ VÀ ENA -: Khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ khơng có lực momen giữ và quay nữa.
30
3.4.6 Động cơ DC
- Cấu tạo: Động cơ DC gồm có roto, starto, hệ thống chổi quét và các vành khuyên. Starto được cấu tạo là nam châm vĩnh cửu, có hai cực nam và cực bắc được đặt đối diện nhau nhằm để tạo ra từ trường. Roto được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật có các rãnh để đặt các cuộn dây vào, điện áp DC được cung cấp vào cuộn dây nhờ vào hệ thống chổi quét và vành khuyên.Việc lựa chọn động cơ căn cứ vào các tiêu chí tốc độ, khả năng chịu tải, độ hãm, dòng, áp.
31
* Hộp giảm tốc của động cơ:
Hình 3.11: Hộp Giảm tốc của động cơ
A: Bánh răng bị động. B: Bánh răng chủ động.
- Cấu tạo hộp giảm tốc gồm các cặp bánh răng lớn nhỏ ăn khớp với nhau. Thông qua động tác truyền chuyển động giữa các cặp bánh răng, tốc độ cuối cùng mà hộp giảm tốc cấp cho bộ phận làm việc của máy khác biệt so với tốc độ ban đầu của động cơ khi đưa vào hộp giảm tốc. Sự khác biệt đó phụ thuộc vào tỉ số truyền giữa các cặp bánh răng ăn khớp với nhau được chứa bên trong hộp giảm tốc. Cơng thức tính tỉ số truyền:
i = n1/n2 = z2/z1. Trong đó:
i: Tỉ số truyền giữa 2 bánh răng. n1 : Số vòng quay trục chủ động. n2 :Số vòng quay trục bị động. z1 : Số răng bánh răng chủ động. z2 : Số răng bánh răng bị động.
32
3.4.7 Nguồn tổ ong 12V 20A
Hình 3.12: Nguồn tổ ong 12V
- Nguồn tổ ong là cách gọi khác của nguồn xung. Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn từ hình dạng các lỗ thơng hơi thốt nhiệt của bộ nguồn xung được đục lỗ lục giác giống với cấu tạo của tổ ong nên dân gian gọi vậy cho thân thuộc dễ nhớ.
-Nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung.
33
3.4.8 Động cơ bước size 42 1.8 step
-Động cơ bước là một loại động cơ mà ở đó bạn sẽ có thể quy định chính xác số góc quay và động cơ bước sẽ phải quay. Khơng giống như Servo, động cơ bước có thể quay bao nhiêu độ tùy ý và mỗi lần quay nó sẽ quay được 1 step, 1 step ở đây là bao nhiêu còn phụ thuộc vào động cơ bước của bạn. Ví dụ, động cơ bước của bạn có 72 step thì nó sẽ cần quay 72 step để hồn thành một vịng quay. Số step này là hằng số, nhưng có thể dùng cơng nghệ micro step để "cải thiện" số vòng quay động cơ bước mong muốn.
Hình 3.13: Động cơ bước size 42 1.8 step
* Thông số kỹ thuật:
Loại động cơ bước: 2 pha Điện áp định mức: 4-5.5VDC Dòng định mức: 1,3A
Độ phân giải: 1.8 độ/1 bước Số dây: 6 dây
Kích thước: 42x42x49mm (1,3A) và 42x42x38mm (1,2A) Trục 5mm
34
3.4.9 Động cơ bơm nước
Hình 3.14: Máy bơm * Thông số kỹ thuật: * Thông số kỹ thuật: Điện áp: 9V ~ 12V DC Công xuất: 12 W Áp lực: < 0.1 Mpa Lưu lượng: 2.0 L/phút Ống nước vào ra: 10 mm Tự hút nước cao 1 mét Đẩy cao trên 2 mét
Đầu bơm công nghệ mới chất lượng Motor lõi đồng tuổi thọ cao
Motor 385 12V chất lượng
Chất liệu: Đồng - Gang - Nhựa ABS Kích thước: 90 x 40 x 35 mm
Trọng lượng: 110 gam
Sử dụng nguồn điện ắc quy 12V 1.5Ah trở lên Sử dụng biến thế adapter 12V 2A trở lên
35
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ MÁY BĨC VỎ TRỨNG CÚT
4.1 Thiết kế và tính tốn hệ thống phần cơ khí 4.1.1 Chọn động cơ điện 4.1.1 Chọn động cơ điện
* Xác định công suất tương đương trên trục máy công tác
- Giả thuyết:
+ 1 quả trứng nặng 50g trục vít cần tải đc nhiều nhất 10 quả tương đương 500g = 0.5kg + Suy ra lực tác dụng lên trục sẽ là : 0.5 x10 = 5N
+ Lực tác dụng thực tế nhân cho hệt số an toàn k = 8...10 ta chọn 10 + Suy ra lực tác dụng cần tính sẽ là 5x10=50N
- Số vòng quay đồng bộ: Nđb= 60𝑓
𝑝 =6050
4 =750 vịng/phút
- Cơng suất tương đương truyền trên trục công tác:
t P =𝐹∗𝑣 1000 Mà v=𝜋∗𝑑∗𝑁 60000=𝜋∗50∗750 60000 =5𝜋 8 m/s t P =50∗1,96 1000 =0.1 KW
Công suất trên trục động cơ điện:
t ct P P (1) Hì nh 4. 1: Sơ đồ ng uy ên lý
36 - Hiệu suất truyền động:
𝜂 = 𝜂1× 𝜂2× 𝜂3× … = 𝜂𝑛𝑡× 𝜂𝑜𝑙4 × 𝜂𝑏𝑟3 × 𝜂đ𝑟
Từ bảng 2.3 trang 19 tài liệu [Tính tốn thiết kế hệ dẫn động cơ khí-tập1] ta có: Hiệu suất bộ truyền đai răng: 𝜂đ𝑟 = 0.95
Hiệu suất nối trục đàn hồi: 𝜂𝑛𝑡 = 1 Hiệu suất 1 cặp ổ lăn: 𝜂𝑜𝑙 = 0.995
Hiệu suất 1 cặp bánh răng trụ: 𝜂𝑏𝑟 = 0.98
𝜂 = 0.9954× 0.983× 0.95 = 0.876
Thay vào (1) ta có:
𝑃𝑐𝑡 = 𝑃𝑡
𝜂 = 0,1
0.876= 0,12 (𝑘𝑊)
* Xác định số vòng quay sơ bộ của động cơ điện
- Tỉ số truyền của hệ được tính theo cơng thức:
𝑢𝑡 = 𝑢1× 𝑢2× 𝑢3× … = 𝑢ℎ𝑔𝑡× 𝑢𝑥
Tỉ số truyền bánh răng trụ hộp giảm tốc 2 cấp: 𝑢ℎ𝑔𝑡 = 10
Tỉ số truyền xích : 𝑢đ𝑟 = 4’𝑢𝑡 = 10 × 4 = 40
- Số vòng quay sơ bộ của động cơ là: 𝑛𝑠𝑏 = 𝑛𝑙𝑣 × 𝑢𝑡 = 36,7 × 40 = 1428 (𝑣ị𝑛𝑔
𝑝ℎú𝑡) Trong đó: nlv=60000∗𝑉 𝜋∗𝐷 = 35,7 - Ta chọn Động Cơ DC Motor 775 có: 𝑃đ𝑐 = 0.15 𝑘𝑊 > 𝑃𝑐𝑡 = 0.12 𝑘𝑊 𝑛đ𝑐 = 1380 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡 ≈ 𝑛𝑠𝑏 = 1428 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡
37
* Phân phối tỉ số truyền:
- Tỉ số truyền ut của hệ dẫn động là: 𝑢𝑡 =𝑛đ𝑐 𝑛𝑙𝑣 = 1380 35,7 = 38,7 𝑢𝑡 = 𝑢ℎ𝑔𝑡 × 𝑢𝑥 𝑡𝑎 𝑐ó: 𝑢đ𝑟 = 4 => 𝑢ℎ𝑔𝑡 = 9.7
Theo yêu cầu bôi trơn hộp giảm tốc bằng phương pháp ngâm dầu, áp dụng công thức thực nghiệm (𝑢𝑛 = 1.22𝑢𝑐). 𝑢ℎ𝑔𝑡 = 𝑢𝑛× 𝑢𝑐 𝑢ℎ𝑔𝑡 = 1.22𝑢𝑐2 = 9.7 𝑢𝑐 = 2.82 𝑢𝑛 = 𝑢 𝑢đ𝑟×𝑢𝑐 = 38,7 4×2,82= 3.43
- Kiểm tra sai số cho phép về tỉ số truyền
𝑢𝑡 = 𝑢𝑛× 𝑢𝑐 × 𝑢đ𝑟 = 3,43 × 2,82 × 4 = 38,69
∆𝑢 = 38,7−38,69
38,7 × 100% = 0.03% < 3%thỏa điều kiện về sai số cho phép.
Bảng hệ thống số liệu: Trục Thông số Động cơ I II III IV U 𝑢𝑛𝑡 = 1 𝑢𝑛 = 3.43 𝑢𝑐 = 2.82 𝑢đ𝑟 = 4 n (v/ph) 1380 1380 402,3 142,7 35,7 P (kW) 0,112 0,111 0,108 0,105 0,1 T (Nmm) 7775 768,15 2563,77 7026,98 26750,7 Bảng 2: Bảng thơng số của trục
38 Trong đó : - Công suất: 𝑃3 = 𝑃 đ𝑟= 0,1 0.95= 0,105 𝑘𝑊 𝑃2 = 𝑃3 𝜂𝑏𝑟×𝜂𝑜𝑙 = 0,105 0.995×0.98= 0,108 𝑘𝑊. 𝑃1 = 𝑃2 𝜂𝑏𝑟×𝜂𝑜𝑙 = 0,108 0.995×0.98= 0,111 𝑘𝑊 𝑃𝑚 = 𝑃1 𝜂𝑜𝑙 = 0,111 0.995 = 0,112𝑘𝑊
=>Với Pm là công suất của động cơ. - Momen xoắn: 𝑇𝑚 = 9.55×106×𝑃𝑚 𝑛𝑚 = 7775 Nmm 𝑇1 =9.55×106×𝑃1 𝑛1 = 768,15 Nmm 𝑇2 =9.55×106×𝑃2 𝑛2 = 2563,77 Nmm 𝑇3 = 9.55×106×𝑃3 𝑛3 = 7026,98 Nmm 𝑇4 =9.55×106×𝑃4 𝑛4 = 26750,7 Nmm
39
4.1.2 Thiết kế trục * Chọn vật liệu * Chọn vật liệu
- Chọn vật liệu chế tạo các trục là thép C45 tơi, thường hóa có giới hạn bền 𝜎𝑏 =
600 (𝑀𝑃𝑎) và giới hạn chảy 𝜎𝑐ℎ = 340 (𝑀𝑃𝑎).
Ứng suất xoắn cho phép [𝜏] = 12 … 20 (𝑀𝑃𝑎).
* Xác định sơ bộ đường kính trục
- Theo (10.9) đường kính trục thứ k với k = 1…3;
𝑑𝑘 = √ 𝑇𝑘
0.2[𝜏]
3
Với [𝜏] lấy trị số nhỏ đối với trục vào, và lấy trị số lớn với trục ra + Chọn [𝜏] = 12 đường kính trục I: 𝑑1 = √ 𝑇1 0.2[𝜏] 3 = √24482.1 0.2×12 3 = 21.7 ( 𝑚𝑚) + Chọn [𝜏] = 16 đường kính trục II: 𝑑2 = √ 𝑇2 0.2[𝜏] 3 = √82904.8 0.2×16 3 = 29.6 (𝑚𝑚) + Chọn [𝜏] = 20 đường kính trục III: 𝑑3 = √ 𝑇3 0.2[𝜏] 3 = √230472.5 0.2×20 3 = 38.6 (𝑚𝑚) - Do đó chọn đường kính sơ bộ trục sẽ là: 𝑑1 = 20 (𝑚𝑚); 𝑑2 = 30 (𝑚𝑚); 𝑑3 = 40(𝑚𝑚)
* Xác định khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực
- Từ đường kính trục có thể xác định gần đúng chiều rộng ổ lăn theo bảng 10.2
𝑑1 = 20 (𝑚𝑚) 𝑏𝑜1 = 15 (𝑚𝑚)
𝑑2 = 30 (𝑚𝑚) 𝑏𝑜2 = 19 (𝑚𝑚)
𝑑3 = 40 (𝑚𝑚) 𝑏𝑜3 = 23 (𝑚𝑚)
Chiều dài mayơ bánh răng trụ trên trục I. Xác định theo công thức (10.10)
𝑙𝑚13 = (1.2 … 1.5)𝑑1 = (24 … 30). Chọn 𝑙𝑚13 = 25𝑚𝑚
Chiều dài mayơ bánh răng trụ trên trục II:
40 Chọn 𝑙𝑚22 = 𝑙𝑚24 = 40 𝑚𝑚
Chọn 𝑙𝑚23 = 45𝑚𝑚
Chiều dài mayơ bánh răng trụ, dĩa xích trên trục III:
𝑙𝑚32 = 𝑙𝑚33 = 𝑙𝑚34 = (1.2 … 1.5)𝑑3 = (48 … 60)𝑚𝑚
Chọn 𝑙𝑚32 = 𝑙𝑚33 = 55 𝑚𝑚
𝑙𝑚34 = 50 𝑚𝑚
Chiều dài mayơ nửa khớp nối trục đàn hồi:
𝑙𝑚12 = (1.4 … 2.5)𝑑1 = (28 … 50). Chọn 𝑙𝑚12 = 40𝑚𝑚
- Theo bảng 10.3 ta chọn:
Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến thành trong của hôp: 𝐾1 = 10
Khoảng cách từ mặt mút của ổ đến thành trong của hộp: 𝐾2 = 10
Khoảng cách từ mặt mút của chi tiết quay đến nắp ổ: 𝐾3 = 10