CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết thiết kế kết hợp chuyển động đẳng hƣớng
Nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất nhiệt độ do việc di chuyển các mâm bánh trong những thiết bị trước, thiết kế mới loại bỏ việc di chuyển của nguồn nhiệt và các mâm bánh.
Như vậy, cần thiết phải có một cơ cấu để di chuyển cơ cấu rải bột đi qua các mâm. Đây là một điều kiện thuận lợi để ứng dụng phương pháp truyền động đẳng hướng có kiểm sốt vị trí kết hợp hai phương X và Y.
Hình 2.1: Bộ truyền đẳng hướng có kiểm sốt vị trí sử dụng đai răng [4]
Theo tài liệu hỗ trợ thiết kế cơ cấu nội suy đẳng hướng của tập đồn Thomson Industries [4], có hai loại bộ truyền thường được sử dụng để thiết kế bộ truyền động đẳng hướng có kiểm sốt
Bộ truyền vitme bi
+ Độ ổn định của chuyển động và độ bền cao Bộ truyền đai răng
+ Độ chính xác trong kiểm sốt vị trí thấp hơn bộ truyền vitme bi với dung sai thấp hơn 0,2 mm trên suốt chiều dài 300mm
+ Độ ổn định của chuyển động và độ bền trung bình
Do yếu tố kinh tế và khả năng thích ứng mơi trường làm việc nên quyết định thiết kế sử dụng bộ truyền đai răng.
Hình 2.2: Bộ truyền đẳng hướng có kiểm sốt sử dụng vitme và đai răng [4]
Phương pháp tính tốn các thông số của bộ truyền theo tài liệu hỗ trợ thiết kế của tập đồn Thomson Industries [4]
Tính tốn khoảng làm việc (Ls)
Hình 2.3: Tính tốn khoảng làm việc của bộ truyền [4]
(2.1) Trong đó
LS – Khoảng làm việc
T1 – Kích thước bàn dịch chuyển L3 – Kích thước tấm gá đỡ
Phân tích dạng chuyển động khi làm việc
Hình 2.4: Dạng chuyển động khi làm việc [4]
Dạng chuyển động 1 (Hình 2.4 (1))
Đồ thị vận tốc có dạng hình tam giác. Dạng chuyển động này chỉ gồm 2 quá trình là tăng tốc và giảm tốc. Giả thiết: và Khi đó: (2.2) (2.3) (2.4) Trong đó a – Gia tốc (m/s2)
t – Tổng thời gian chuyển động (s) x – Tổng chiều dài di chuyển (m) ta – Thời gian tăng tốc (giây) td – Thời gian giảm tốc (giây) xa – Chiều dài khoảng tăng tốc (m) xb – Chiều dài khoảng giảm tốc (m)
vavg – Vận tốc trung bình (m/s) vmax – Vận tốc tối đa (m/s)
Dạng chuyển động 2 (Hình 2.4 (2))
Đồ thị vận tốc có dạng hình thang. Dạng chuyển động này gồm 3 quá trình là tăng tốc, duy trì ổn định và giảm tốc. Giả thiết: và Khi đó: (2.5) (2.6) (2.7) Trong đó
tc – Thời gian duy trì ổn định (giây) xc – Chiều dài khoảng duy trì ổn định (m)
Tính lực căng đai theo tài liệu hướng dẫn thiết kế của tập đoàn Thomson Industries [4]
Xác định tổng lực dọc chiều chuyển động trên hệ thống đai nhằm đảm bảo lực căng không vượt lực căng tới hạn của đai và ứng suất cắt cho phép trên mỗi răng của đai.
(2.8) Trong đó
Ps – Tổng lực dọc chiều chuyển động của đai Pe – Tổng ngoại lực
Pa – Lực gia tốc Pf – Lực ma sát
Ngoại lực tác động lên đai (Pe) có thể do lực tạo ra khi thực hiện chuyển động kéo hoặc ép một vật. Ngoài ra, nếu thực hiện chuyển động thẳng đứng cần tính tốn ảnh hưởng của lực trọng trường.
Lực gia tốc (Pa) cần được xác định nhằm thắng được sức ì gây ra bởi trọng tải, hệ thống và lực căng trên đai sinh ra khi thay đổi gia tốc.
(2.9) Trong đó
a – Gia tốc (m/s2), được tính ở trên Wc – Tải trọng bàn dịch chuyển (N) Wp – Tải trọng tác động lên hệ thống (N)
Wb – Khối lượng đai (N) (tra bảng trang 348,349 [4]) g – Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2) L – Chiều dài hệ thống (m) (Hình 2.3) Lực ma sát (Pf) (2.10) Trong đó Wc – Tải trọng bàn dịch chuyển (N) Wp – Tải trọng tác động lên hệ thống (N) µsys – Hệ số ma sát của hệ thống
Ds – Lực cản của gioăng cao su (N) n – Số gioăng cao su trong hệ thống
Trong trường hợp thực hiện chuyển động thẳng đứng có thể bỏ qua lực ma sát (Pf) Tính tốn tổng lực dọc chiều chuyển động (Ps) và cần đảm bảo không vượt lực căng ban đầu của đai (tra bảng trang 348,349 [4]).
Tính ứng suất cắt trên răng của đai
(2.11) Trong đó
Cts – Ứng suất cắt trên răng của đai (N/mm) Csp – Ứng suất theo chiều chuyển động (N/mm) Ze – Số răng đang chịu tải
Giá trị Csp được tra từ biểu đồ ứng suất theo chiều chuyển động (Biểu đồ 2.1). Tra biểu đồ theo bước răng của đai và tốc độ bánh đai (Np) được tính
(2.12) Trong đó
Np – Tốc độ bánh đai (vòng/phút)
vmax – Vận tốc cực đại (m/s) (được tính ở trên)
d0 – Đường kính vịng chia bánh đai (mm) (tra bảng trang 348,349 [4])
Hình 2.5: Biểu đồ ứng suất theo chiều chuyển động [4]
So sánh giá trị của ứng suất trên răng của đai (Cts) với giá trị tổng lực dọc chiều chuyển động (Ps). Cần đảm bảo giá trị Ps không vượt quá Cts
Xác định tốc độ động cơ
(2.13) Trong đó
Nmax – Tốc độ lớn nhất của động cơ khi hoạt động (vòng/phút) vmax – Vận tốc cực đại (m/s) (được tính ở trên)
i – Hệ số hộp giảm tốc
Tính Momen của động cơ (2.14) (2.15) (2.16) (2.17) Trong đó
TA – Momen trong q trình tăng tốc (Nm)
Tcv – Momen trong quá trình duy trì ổn định (Nm) TD – Momen trong quá trình giảm tốc (Nm)
TH – Momen giữ khi đứng yên (Nm) TJ – Momen do sức ì của hệ thống (Nm) TF – Momen do ma sát (Nm)
Tg – Momen do trọng lực (Nm) Te – Momen do ngoại lực (Nm)
Tính Momen do tải trọng của hệ thống TJ.
(2.18)
(2.19) Trong đó
TL – Momen do tải trọng (Nm)
Jp – Sức ì của bánh đai dẫn (Kg.m2) (tra bảng trang 353 [4]) JM – Sức ì của motor (Kg.m2) (tra bảng trang 431 [4]) Jg – Sức ì của hộp giảm tốc (Kg.m2) (tra bảng trang 353 [4]) ξg – Hiệu suất hộp giảm tốc (ξg = 90%)
ξb – Hiệu suất đai (ξb = 90%) Pa – Lực gia tốc (N) (tính ở trên)
Tính Momen do ma sát TF