4.2.9.1 Bộ truyền đai là gì?
Các chi tiết máy linh hoạt như dây đai hay dây xích được sử dụng để truyền tải cơ năng trên một quãng đường tương đối dài. Mỗi loại truyền động cơ học này có các tính năng đặc trưng riêng cho một số ứng dụng cụ thể. Chúng thường thay thế một nhóm các chi tiết bánh răng, trục và vòng bi hoặc các thiết bị truyền tải năng lượng tương tự. Chúng làm đơn giản hóa máy móc và dễ dàng điều khiển các cơ cấu đầu ra quay với tốc độ khác nhau, do đó đây có thể coi là yếu tố giúp giảm chi phí chế tạo tương đối lớn. Các thành phần này có tính đàn hồi và độ dài tương đối lớn và đóng vai trị quan trọng trong việc hấp thụ tải trọng va đập và giảm tác động của lực rung.
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
26 Viện Kỹ Thuật
Hình 4.23 Bộ truyền đai 4.2.8.2 Phân loại bộ truyền đai
1. Bộ truyền đai dẹt (phẳng)
Dựa trên năng lượng truyền (hay sức mạnh truyền) có thể phân thành 3 loại đai
• Loại đai thơng thường khơng có răng hay răng cưa
• Loại có rãnh hoặc răng cưa
• Loại đồng bộ
Truyền động đai kiểu truyền thống: Loại đai này có thể coi là đai dài vơ tận bởi có thể được nối hoặc buộc theo chiều dài. Những loại đai này được làm từ các vật liệu cơ bản như da, cao su hoặc nhựa, da gia cố và vải.
Hầu hết các loại dây đai da được làm bằng các lớp dây đai liên kết với nhau hay sử dụng các sợi dây gia cường và mặt sau bằng vải. Các loại đặc biệt cũng được sản xuất riêng cho các ứng dụng cụ thể.
• Dây đai da có hệ số ma sát tốt, linh hoạt, tuổi thọ cao và dễ sửa chữa.
• Chi phí đầu tư ban đầu cao, các phương pháp làm sạch và bảo dưỡng đều cần thiết.
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
27 Viện Kỹ Thuật
• Chúng có thể kéo dãn và co lại tùy thuộc vào điều kiện mơi trường.
• Chúng được sử dụng chủ yếu để tải tốc độ chậm đến trung bình và tối đa là 35 m/s, áp dụng cho tải trung bình đến nặng.
Những cải tiến bao gồm lớp vật liệu căng tổng hợp được phủ lên một hoặc cả hai mặt bằng da chrome hoặc cao su tổng hợp. Khi chỉ cần một chịu tải, bề mặt còn lại thường là vải mịn. Lớp vật liệu chịu căng là superpolyamide (nylon) hoặc polyester (terylene) có độ khỏe, độ đàn hồi hấp thụ sốc, sự dẻo dai và ổn định kích thước.
Nhược điểm của đai dẹt (phẳng)
• Khơng có tính truyền động chủ động, có khả năng trượt đai và lệch đai
• Kéo dài dây đai phải dùng một thiết bị căng.
• Kích thước tương đối lớn, tỷ lệ vận tốc không nhất quán, không thể được sử dụng khi cần thời gian hoặc tỷ lệ vận tốc chính xác.
2. Bộ truyền đai có rãnh hoặc dạng Poly V-Belt
Về cơ bản đây là một dạng đai phẳng với bề mặt dưới tiếp xúc với puly có gân dọc. Phần vành đai phẳng đóng vai trị là thành phần mang tải và các sườn hai bên cung cấp lực kéo trong các rãnh cắt ở mặt trong.
Hình 4.24 Bộ truyền đai có rãnh
Dạng đai này giống với dạng đai V thông thường, hoạt động theo một nguyên tắc khác, thay vì phụ thuộc vào quá trình nêm để truyền năng lượng, nó chỉ phụ
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
28 Viện Kỹ Thuật
thuộc vào ma sát giữa puly và dây đai. Công suất phụ thuộc vào chiều rộng vành đai. Có độ căng lớn hơn đai V thông thường và nhỏ hơn so với đai phẳng. Đai có gân có hiệu quả cao khi được sử dụng trên các dây nhỏ.
3. Bộ truyền đai đồng bộ (đai răng)
Những đai này còn được gọi là đai Timing hoặc đai răng. Puly đai răng được chế tạo với các bánh răng giống như răng tham gia ăn khớp với các rãnh mặt trong của dây đai. Đây là đặc biệt mạnh mẽ và khả năng chống suy giảm từ dầu máy.
Hình 4.25 Đai răng
Kiểu đai này có răng theo kích thước mơ-đun chuẩn tạo ra sự ăn khớp chủ động với các răng trên bánh đai, đi vào và ra các rãnh một cách trơn tru, lăn với ma sát tối thiểu.
Răng được bao phủ bởi một lớp nylon chống mài mòn. Sau một thời gian vận hành ngắn, bề mặt trở nên bóng mịn với thất thốt từ ma sát thấp. Chúng loại bỏ sự trượt, kim loại tiếp xúc với kim loại, kéo dãn và bôi trơn.
Đai răng phải chạy cùng với pully theo đúng loại mơ đun. Ví dụ, một dây đai có mơ đun là 1 khơng thể được sử dụng với pully có mơ đun kích thước là 2.
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
29 Viện Kỹ Thuật
• Tốc độ khơng đổi. Khơng trượt, lệch hay xộc xệch.
• Đai có hệ số đàn hồi lớn sẽ khơng bị kéo dãn.
• Khơng cần căng đai. Giảm tải và tăng tuổi thọ.
• Nhỏ gọn, vành đai bánh răng cho phép pully nhỏ hơn, khoảng cách tâm ngắn hơn, đai hẹp hơn.
• Hiệu suất cơ học cao cho tốc độ và sức mạnh ổn định.
• Gọn nhẹ, tỷ lệ công suất trên khối lượng cao.
• Khả năng tải tốc độ cao. Tốc độ dây đai lên đến tối đa 30 m/s
• Độ ồn thấp. Khơng rung, khơng có hiện tượng va chạm răng
• Phạm vi tải trọng rộng.
• Ít tạo nhiệt hơn vì hầu như khơng có ma sát.
• Ống lót cơn giữ puly trên trục bằng kẹp như tạo áp lực.
• Nhanh chóng, dễ dàng lắp đặt hay tháo rời.
• Hệ thống nhẹ, sạch sẽ và nhỏ gọn.
• Khơng cần bơi trơn.
• Một tỷ lệ được xác định trước ln được duy trì.
• Mối quan hệ góc liên tục giữa puly chủ động và puly bị động được duy trì vơ thời hạn.
Nhược điểm của bộ truyền đai răng:
• Chi phí cần cân nhắc và puly phải có rãnh răng phù hợp
• Do lực đẩy nhẹ của dây đai trong chuyển động, một puly trong bộ truyền phải được gắn mặt bích.
• Khi khoảng cách giữa hai tâm quay lớn hơn tám lần đường kính của puly nhỏ hoặc khi ổ đĩa hoạt động trên trục dọc, cả hai puly phải được lắp mặt bích.
4 Bộ truyền đai bản V-belt
Đai bản V được cấu tạo từ 4 thành phần:
• Sợ dây căng
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
30 Viện Kỹ Thuật
• Lớp cao su cơ sở
• Vỏ bọc ngồi
Hình 4.26: Bộ truyền đai V-belt
Sợi dây căng có lẽ là yếu tố quan trọng nhất vì nó kiểm sốt chiều dài dây đai. Nó được cấu thành từ sợi polyester, tạo thành các cấu hình sợi khác nhau, mỗi cấu hình xác định các tính chất vật lý của dây có thể phù hợp với các ứng dụng đai cụ thể. Để đảm bảo rằng sợi dây căng có độ bám dính tốt trong dây đai, nó được ngâm tẩm hóa chất để nó hồn tồn tương thích với cao su và sau đó được phun. Q trình này đảm bảo một liên kết hoàn toàn đồng nhất với lớp cao su cơ sở.
Cao su có cơng thức đặc biệt được sử dụng cho các đai này được ép đùn. Quá trình này tạo ra một dạng định hình chính xác, cần thiết cho lớp cao su cơ sở và tính đồng nhất của trọng lượng dây đai trên mỗi đơn vị chiều dài, đây là một tính năng quan trọng hàng đầu để chạy mà không rung.
Ưu điểm của bộ truyền đai bản V-belt:
• Cho phép tỷ số tốc độ lớn và tuổi thọ làm việc lâu dài.
• Có thể dễ dàng lắp đặt và tháo gỡ, độ ồn thấp, ít u cầu bảo trì.
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
31 Viện Kỹ Thuật
• Khả năng truyền tải năng lượng cho nhiều trục bị động từ một trục chủ động duy nhất mà không cần sử dụng bộ căng đai.
• Lỗi của một đai khơng làm mất khả năng truyền động vì đai V chịu được quá tải đáng kể.
• Khả năng biến đổi vơ cấp của vận tốc góc.
Giới hạn của bộ truyền đai bản V-belt:
• Chúng phải chịu một độ rão nhất định và không nên dùng khi cần tốc độ đồng bộ.
• Căng đai khơng đúng cách và khơng khớp với chiều dài đai có thể làm giảm tuổi thọ.
• Tuổi thọ của đai ở nhiệt độ trên 80 độ C và dưới -50 độ C bị rút ngắn đáng kể.
• Lực ly tâm cản trở việc sử dụng đai V ở tốc độ trên 55 m/s.
• Khơng thể được sử dụng với khoảng cách tâm lớn.
4.2.8.3 Chọn phương án
Chọn phương án truyền động đai dẹt ( phẳng ) bởi nó thơng dụng dễ tìm linh kiện thay thế.
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
32 Viện Kỹ Thuật
1. Chọn puly:
Hình 4.28: Puly
Trên thị trường, hiện nay các loại puly khá phong phú và đa dạng đáp ứng nhu cầu người dùng. Tùy theo từng loại nguyên liệu khác nhau như puly thép, puly gang, puly nhôm, puly nhựa… Một số loại puly mô tơ phổ biến có thể nhắc đến như sau:
• Puly đai dẹp
• Puly dây đai thang
• Puly cơn
• Puly ghép
• Puly măng song
• Puly đai răng
Tùy theo từng loại dây đai sẽ có sự khác nhau về cấu hình, kích cỡ và chiều rộng. Để đảm bảo khả năng hoạt động hiệu quả cho máy móc, người dùng cần chắc chắn rãnh puly và kích thước dây đai cho phù hợp. Chúng ta chọn puly dẫn và bị dẫn có kích thước đường kính rãnh lớn là 67,3 mm và rãnh nhỏ là 48 mm
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
33 Viện Kỹ Thuật
Hình 4.29: Dây curoa
− Dây curoa được làm từ cao su tổng hợp và có nguồn gốc dầu khí.
− Cơng nghệ sản xuất thì cao su được lưu hóa và thêm thành phần phụ gia phù hợp theo công nghệ của từng nhà sản xuất. chính vì vậy độ bền và chất lượng dây phụ thuộc rất nhiều đến cơng nghệ và quy chình sản xuất. Dây Curoa có 2 phần chính:
• Phần Bố dây , tức là phần dây dai bằng sợi tổng hợp có chức năng chống kéo dài dây, và chịu lực kéo, chống sinh nhiệt, hơn nữa chính lớp dây đai tổng hợp là cánh quạt tạo mát cho dây curoa và puly.
• Độ bền và tuổi thọ của dây curoa phụ thuộc vào phần dây dai tổng hợp này, nó làm cho dây khơng thay đổi chiều dài trong q trình làm việc và giảm nhiệt cho dây giúp dây bền và không sinh nhiệt khi chạy tốc độ cao và tải trọng lớn.
Phần bố của dây thì thường có 2 phần:
− Phần bố 1, Là phần bố trên đỉnh trên của dây. Là phần giữ cho dây không bị thay đổi chiều dài của dây trong q trình làm việc và mang tính ổn định cho máy móc sử dụng. Đối với loại dây rẻ tiền kém chất lượng sẽ nhanh phải tăng chỉnh kích thước dây và chỉnh máy liên tục. Dẫn đến thay đổi sự keo kết của cao su trong dây và ảnh hưởng độ bền.
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
34 Viện Kỹ Thuật
− Phần bố 2, (Chỉ sản phẩm dây chất lượng cao như Hãng Dây Nhật Bản, dây của Tây Đức, Thái Lan, Hàn Quốc, Ấn Độ mới có ngồi ra sản phẩm khác khơng có) Là phần bố cạnh 2 mặt chịu ma sát của dây curoa. Lớp bố này làm giảm nhiệt của dây, tăng độ bền, và làm cho lớp cao su ma sát của dây không bị thay đổi và biến dạng khi chịu tải lớn sẽ không bị sinh nhiệt khi hoạt động. Chuyển động ổn định, dây bền và khơng sinh nhiệt. có thể chịu nhiệt tốt những mơi trường làm việc có nhiệt độ cao.
Phần Cao Su, Là thành phần cấu tạo chính của dây đai curoa. Chất liệu cao su tổng hợp từ nguồn gốc dầu mỏ, có trải qua q trình lưu hóa và bảo quản tốt. Đối với mỗi nhà sản xuất thì dây cao su của dây có độ bền khác nhau do q trình sử lý, lưu hóa, phụ gia, cơng nghệ và chất lượng nguyên liệu. Dây curoa có bền hay khơng thì phụ thuộc tương đối 50% vào chất lượng cao su của dây, nếu loại dây có chất lượng cao su tốt sẽ có tuổi thọ tốt hơn đối với những chuyển động tốc độ cao hoặc chuyển động với tải trọng lớn.
4.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 4.3.1 Hệ thống điện
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
35 Viện Kỹ Thuật
4.3.2 Hệ thống PLC
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
36 Viện Kỹ Thuật
4.3.2.3 Mạch xác định vị trí của Servo
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
37 Viện Kỹ Thuật
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
38 Viện Kỹ Thuật
Hình 4.32: Sơ đồ đấu nối của bộ step driver kết nối với PLC
4.3.3 Linh kiện được sử dụng
▪ Nguồn tổ ong 24V-240W
Hình 4.33: Nguồn tổ ong
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
39 Viện Kỹ Thuật
Nguồn tổ ong 24V - 240W là nguồn cung cấp 24V với dòng đầu ra lên 10A, tương đương công suất cấp 240W. Điện áp sử dụng đầu vào AC 110V/220V - 50/60Hz. Sản phẩm cho chất lượng nguồn điện ổn định.
▪ Khởi động từ
Hình 4.34: Contactor
Khởi động từ hay cịn gọi là Contactor (Cơng tắc tơ) là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực. Contactor là thiết bị điện đặc biệt quan trọng trong hệ thống điện. Nhờ có contactor ta có thể điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù, hệ thống chiếu sáng,...
▪ Role 24V 14 chân
Hình 4.35: Role
Rơ le (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. ... Rơ le được sử dụng phổ biến ở các bo mạch điều khiển tự động, chuyên dụng để đóng cắt những cái
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh
40 Viện Kỹ Thuật
dòng điện lớn mà những hệ thống mạch điều khiển khơng thể trực tiếp can thiệp thì người ta sẽ sử dụng rơ le để đóng cắt dịng điện cao.
▪ Bộ lập trình
Phân bổ kết quả, lưu, đếm, tạo thời gian, tải, truyền, so sánh, dịch chuyển, xoay, tạo phần bổ sung, gọi chương trình con (với các biến cục bộ)
Hình 4.36: PLC S7 1200 CPU 1212C DC/DC/DC
▪ Van khí nén
Hình 4.37: Van khí nén 3/2 nguồn 24V
Đây là van đảo chiều khí nén dùng để cung cấp và điều khiển dịng khí nén, hơi đi qua van. Van được vận hành dựa trên cuộn coild, làm đóng mở các cửa van và chuyển đổi vị trí cũng như chức năng của các cửa.
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh 41 Viện Kỹ Thuật ▪ Các loại nút nhấn được sử dụng Hình 4.38 : Nút nhấn Start-Stop và nút nhấn E-Stop 4.4 TÍNH TỐN THIẾT KẾ 4.4.1 Xy lanh kẹp phôi
Khi nắm chặt 1 khối như trong hình trên và với các định nghĩa sau: F : Lực bám (N)
µ: Hệ số ma sát trượt giữa kẹp và phôi
m: khối lượng phôi g: gia tốc trọng trường(9.8m/s^2) mg: trọng lượng phôi(N)
Các điều kiện mà phôi gia công sẽ không bị rơi là : 2 x µF > mg ( với 2 là số càng kẹp)
F > 𝑚𝑔 2µ
Với hệ số ma sát µ = 0,1 hệ số an tồn “a” là 4 theo khuyến nghị của SMC có 𝐹 =𝑚𝑔 / 2µ.4 =(0,003.9,8)/ 2.0,1.4 = 0,588(𝑁)
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh 42 Viện Kỹ Thuật Có kích thước thiết kế là : a=20mm b=3mm c=4mm d=4mm e=5mm f=6mm Tính tốn trọng lượng 𝑚1 = 20 × 3 × 4 × 2.7 × 10−6 = 6.48 × 10−4(𝑘𝑔) Mơmen qn tính quanh trục Z1 Iz1 = {m1(a2 + b2) 12} × 10−6 = {6.48 × 10−4 × (202 + 32) 12} × 10−6 = 2.21 × 10−8(𝑘𝑔.𝑚2) Mơmen qn tính quanh trục Z 𝐼𝐴 = 𝐼𝑍1 + 𝑚1𝑟1 2 × 10−6 = 2.21 × 10−8 + 6.48 × 10−4 × 16.42 × 10−6 = 0.20 × 10−6(𝑘𝑔.𝑚2)𝑣ớ𝑖 ( 𝑟1 = 16.4 )
GVHD: Th.S Vũ Thế Mạnh 43 Viện Kỹ Thuật Tính tốn trọng lượng m2 = d x e x f x Mật độ tương đối(r2) 𝑚2 = 4 × 5 × 6 × 2.7 × 10−6 = 3.24 × 10−4(𝑘𝑔) Mơmen qn tính quanh trục Z2
Iz2 = {m2(d2 + e2) 12} × 10−6 .25 = {3.24 × 10−4 × (42 + 52) 12} × 10−6