CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
4.1. Tính tốn thanh trượt con trượt bi
Việc lựa chọn thanh trượt cho một hệ thống máy móc địi hỏi qua rất nhiều cơng đoạn để đảm bảo chọn được loại thanh trượt phù hợp yêu cầu về độ chính xác, khả năng chịu tải, thời gian phục vụ...đồng thời đảm bảo tính kinh tế.
Dưới đây là lưu đồ lựa chọn thanh trượt bi cho hệ thống dựa trên tài liệu của hãng THK-một cơng ty của Nhật chun sản xuất vít me, thanh trượt.... Q trình lựa chọn thanh trượt bi cho mơ hình trung tâm gia cơng CNC được tiến hành theo sơ đồ này, tuy nhiên do yêu cầu về kĩ thuật không quá khắt khe nên một số bước trong quy trình sẽ được đơn giản hóa.
Tùy vào nhu cầu sử dụng mà thanh trượt bi có nhiều kiểu lắp đặt khác nhau, tuy nhiên cần ưu tiên các kiểu lắp đơn giản thích hợp với thiết kế và được quy định trong catalogue của hãng sản xuất.
Hình 4.2 Một số kiểu lắp đặt thanh trượt
Khi sử dụng thanh trượt cần lưu ý đến số lượng thanh trượt lắp đặt trên một mặt phẳng để đảm bảo tính cứng vững và đồng thời đảm bảo tận dụng được tối đa thông số kĩ thuật mà nhà sản xuất đã cung cấp (chẳng hạn để đảm bảo độ chính xác, sai lệch do khe hở... khi chuyển động tịnh tiến).
Hình 4.3 Số lượng thanh trượt yêu cầu trong một mặt phẳng
Căn cứ vào nhu cầu sử dụng có thể lựa chọn sơ bộ loại thanh trượt thơng qua kích thước và khả năng chịu tải bằng cách tra bảng thông số thanh trượt của hãng sản xuất.
Tiếp theo, xét đến khả năng chịu tải, lực và moment tác dụng lên thanh trượt.
Hình 4.4 Các lực và momen xoắn tác động lên con trượt
Tùy vào vị trí của dãy bi trong khối trượt mà có sự khác nhau về khả năng chịu tải ở các hướng, từ đó quyết định kiểu lắp đặt thanh trượt. Đối với thanh trượt bi được bố trí thành 4 dãy thì khả năng chịu tải ở các hướng như nhau nên có thể lắp thanh trượt theo kiểu H (nằm ngang), R (ngược lại H) và K (kiểu lắp Wall mount). Còn đối với thanh trượt kiểu Radial, các dãy bi bố trí trên cung trịn thì chịu lực tốt nhất khi lắp kiểu H (nằm ngang).
Hình 4.5 Các kiểu rãnh bi trong con trượt
Do đặc tính thiết kế của mơ hình khơng u cầu cao về kỹ thuật nên để đơn giản hóa thiết kế cũng như chi phí nhóm quyết định lắp thanh trượt theo phương ngang (H) và sử dụng thanh trượt kiểu Radial phù hợp với việc chịu tải trọng tác động chính là tải trọng trọng theo phương thẳng đứng.
Tính tốn khả năng chịu tải trọng của thanh trượt. Khi thanh trượt chịu tải trọng tương ứng xuất hiện các giá trị MA, MB, MC, ta có thể tính được lực tác dụng lên khối trượt theo các hướng P = K*M, với K là các hệ số tra bảng theo từng loại thanh trượt .Đối với bài tốn cụ thể cần tính lực tác dụng khi tải chuyển động đều, tăng tốc và giảm tốc.
Hình 4.6 Lực và momen xoắn tác dụng lên trục
Dựa vào ý tưởng về mơ hình, có thể nhận thấy phương thức lắp, loại con trượt, ray trượt và số lượng ray và con trượt được sử dụng trên 3 trục X, Y và Y2 giống nhau, tuy
Tính tốn ray trượt trục Y
Tính tốn lực tác dụng lên ray trượt trục Y theo sơ đồ phân bố lực bên dưới:
Hình 4.7 Lực tác dụng lên con trượt khi chuyển động Thông số đầu vào:
Bảng 4.1 Thông số của con trượt bi hãng THK
Con trượt sử dụng có mã THK SSR 15XW (C= 14.7 kN, C0= 16.5 kN)
Khối lượng tác dụng lên ray: m= 10,5 (kg)
Vận tốc chạy khi không gia công: v= 0,1 (m/s)
Gia tốc khi chuyển động lui: α2= 5 (m/s2)
Hành trình dịch chuyển: ls= 300 (mm)
Các giai đoạn:
Hình 4.8 Biểu đồ vận tốc và thời gian khi con trượt truyền động
Với: Khoảng cách giữa tâm 2 con trượt trên cùng 1 ray: l1= 0,06 m, Khoảng cách giữa 2 ray trượt: l2=0.16 m
Khoảng cách từ tâm vít me đến trọng tâm của khối lượng đặt lên ray Y theo phương Z: l3 = 0,25 m
Khoảng cách từ tâm vít me đến trọng tâm của khối lượng đặt lên ray Y theo phương X: l4= 0,053 m
(Gia tốc trọng trường g = 9.8m/s2)
Lực tác dụng khi chuyển động đều:
(N) (N) (N)
Lực tác dụng khi chuyển động tăng tốc tới:
Tải trọng đảo hướng tâm:
(N)
(N) Tải trọng mặt bên:
Lực tác dụng khi giảm tốc chuyển động tới:
Tải trọng đảo hướng tâm:
(N)
(N) Tải trọng phụ:
Lực tác dụng khi tăng tốc chuyển động lui:
Tải trọng đảo hướng tâm:
(N)
(N) Tải trọng phụ:
Lực tác dụng khi giảm tốc chuyển động lui:
Tải trọng đảo hướng tâm:
Tải trọng tương đương:
Khi chuyển động đều:
PE1 = P1 = 25,725 (N) PE2 = P2 = 25,725 (N) PE3 = P3 = 25,725 (N) PE4 = P4 = 25,725 (N)
Khi chuyển động tăng tốc tới:
(N) (N) (N) (N)
Khi chuyển động giảm tốc tới:
(N) (N) (N)
(N)
Khi chuyển động tăng tốc lùi:
(N) (N) (N)
(N)
Khi chuyển động giảm tốc lùi:
(N) (N)
Lực trung bình tác dụng lên ray:
Tính tốn hệ số an tồn
Theo như kết quả tính tốn trên, lực lớn nhất tác dụng lên ray trượt là 135,1 N vậy hệ
số an tồn được tính theo cơng thức sau:
Theo thông số của nhà sản xuất khuyến nghị fs >2,7 => Thỏa điều kiện an tồn.
Tính tốn tuổi thọ ray trượt
Với hệ số tải fw=1,5 ; tải trọng động C=14,7 kN
Tuổi thọ sử dụng của ray trượt dưới điều kiện làm việc trên là 18,9 km
Tính tốn ray trượt trục Z
Hình 4.9 Lực tác dụng lên ray trượt trục Z
Bảng 4.2 Thơng số con trượt trích Catalog hãng THK Ray trượt cần tính có mã THK SSR15XTB
(C= 14,7 kN, C0= 16,5 kN)
Khối lượng tác dụng lên ray: m= 4 kg
Vận tốc: V= 0.5m/s
Gia tốc khi chuyển động lên: α1= 5 (m/s2)
Chiều dài ray: ls= 350 (mm)
Các giai đoạn:
Hình 4.10 Biểu đồ vận tốc và thời gian khi con trượt truyền động
Với: Khoảng cách giữa tâm 2 con trượt trên cùng 1 ray: l1= 0,06 m, Khoảng cách giữa 2 ray trượt: l2= 0.136 m
Khoảng cách từ tâm vít me đến trọng tâm của khối lượng đặt lên ray Z theo phương Y: l3 = 0,1 m
Khoảng cách từ tâm vít me đến trọng tâm của khối lượng đặt lên ray Y theo phương X: l4= 0 m
(Gia tốc trọng trường g = 9.8m/s2)
Lực tác dụng khi chuyển động đều:
P1= P2= P3= P4= (N)
Tải trọng phụ:
Lực tác dụng khi chuyển động giảm tốc đi xuống:
Tải trọng phụ:
Tải trọng phụ:
Lực tác dụng khi chuyển động giảm tốc đi lên:
Tải trọng tương đương:
Khi chuyển động đều:
PE = P1 = 32,6 (N) PE2 = P2 = 32,6 (N) PE3 = P3 = 32,6 (N) PE4 = P4 = 32,6 (N)
Khi chuyển động tăng tốc xuống:
Khi chuyển động giảm tốc xuống:
Khi chuyển động tăng tốc lên:
Lực trung bình tác dụng lên ray:
Tính tốn hệ số an tồn
Theo như kết quả tính tốn trên, lực lớn nhất tác dụng lên ray trượt là 135,1 N vậy hệ
số an tồn được tính theo cơng thức sau:
Theo thơng số của nhà sản xuất khuyến nghị fs >2,7 => Thỏa điều kiện an tồn.
Tính tốn tuổi thọ ray trượt
Với hệ số tải fw=1,5 ; tải trọng động C=14,7 kN
Tuổi thọ sử dụng của ray trượt dưới điều kiện làm việc trên là 13,5 km 4.2.2. Tính tốn vít me – đai ốc bi:
Để đảm bảo khả năng làm việc và độ an tồn cho thanh vít me khi làm việc bằng cách kiểm tra độ cứng vững của vít me thơng qua các thơng số độ uốn dọc trục, khả năng chịu kéo và tốc độ quay tối đa cho phép. Trong đó:
Lực có khả năng gây uốn dọc trục cho vít me bi:
Lực kéo - nén gây nguy hiểm: Tốc độ quay tối đa cho phép:
Với: ŋ2: hệ số phụ thuộc cách lắp vít me (kiểu lắp fixed-support có ŋ2=10) d1: đường kính trong của vít me (mm)
la: chiều dài thanh vít me (mm)
: hệ số phụ thuộc cách lắp đặt vít me (tất cả các vít me có kiểu lắp fixed-support
có )
Ứng dụng các cơng thức trên kiểm tra cho các vít me sử dụng trên các trục: