CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ
4.1 Thiết kế cơ:
4.1.2 Tính tốn và lựa chọn động cơ
Vì hạn chế về động cơ thực nghiệm (động cơ tốt giá rất cao) nên nhóm khơng thể mua được động cơ tốt, do đó vận tốc giảm cịn 0,7m/s (đã được hiệu chỉnh).
4.1.2.1 Tính tốn động cơ
- Thơng số đầu vào:
o Kết cấu xe 3 bánh: 2 bánh dẫn động ở trước, 1 bánh mắt trâu ở sau Vận tốc tối đa mong muốn: vmax=0,7m/s
o Thời gian tăng tốc mong muốn: 1s (vận tốc tăng từ 0m/s đến 2m/s lúc xuất phát).
- Thông số đầu vào:
o Vận tốc tối đa: vmax=0,7m/s
o Gia tốc: a=0,7m/s2 o Bán kính xe: R=32,5mm
o Khối lượng bánh xe: m=0,02kg
o Khối lượng tải (giả sử): M=0,4kg
o Hệ số ma sát: μt=0,8 (lốp cao su tiếp xúc với sàn bê tơng khơ ráo)[33] o Hệ số an tồn: s=1,2 [34]
- Mơ hình động học, xét trạng thái bánh xe lăn về phía trước với gia tốc dài
a=2m/s2
Hình 4.19 Mơ hình động học bánh xe
Tính tốn:
o Moment qn tính của bánh xe (xem bánh xe là đĩa trong đặc):
I=1
2m R
2(4.1)
o Giả sử tải trọng xe phân bố đều, toàn bộ lên 2 bánh xe dẫn động. Suy ra trọng lực tác dụng lên 1 bánh xe là:
o Áp dụng định luật 2 Newton:
Phương trình Moment quay quanh trục bánh xe:
T − FmsR=Iγ với: γ=a R Suy ra T=FmslR+Ia R(4.3)
Phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đứng và từ (4.2) suy ra:
N=P=(m+M2 )g(4.4)
Phương trình lực theo phương ngang
Fmsl=(m+M
2 )a(4.5)
o Từ (4.1), (4.4), (4.5) thế vào (4.3) ta được Moment kéo động cơ bánh xe là:
T=(m+M2 )aR+12mR a(4.6)
T=(0,025+0,42 ).0,7 .0,0325+12.0,025.0,0325.0,7=0,054(Nm)
o Để bánh xe lăn không trượt khi chuyển động:
Fms≤ Fmst=μtN=μt(m+M
2 )g(4.7)
T ≤ μt(m+M2 )gR+12mRa
o Moment động cơ lớn nhất để bánh xe lăn không trượt:
Ttr=μt(m+M2 )gR+12mR a(4.8) Ttr=0,8(0,025+0,4 2 ).9,81.0,0325+12.0,025 .0,0325.0,7=0,0577(Nm) o Vận tốc góc động cơ là: ω0=vmax R (4.9) ω0=21,54(rad/s) Số vịng quay động cơ: n0=602πω=206rpm
- Hệ số an toàn cho cả tốc độ và moment: s=1,2
o Vận tốc tối đa của động cơ: ω=25,85rad/s
Số vòng quay động cơ: n=60ω
2π =247rpm
o Moment tối đa gây trượt của động cơ: Ttr=0,0692Nm
o Moment hoạt động của động cơ: T=0,055Nm
o Cơng suất của động cơ là:
P=ωT=1,4W
Hình 4.20 Động cơ GA25 280rpm và các thơng số kích thước Các thơng số kỹ thuật:
o Cơng suất định mức: 4W .
o Điện áp định mức: 12V .
o Dịng khi khơng tải/khi bị giữ: 0,1A/0,45A .
o Tốc độ động cơ khi không tải: 280rpm .
o Moment hoạt động/ Moment bị giữ:
0,056Nm/0,167Nm.
o Khối lượng: 104g .
o Hộp giảm tốc: tỉ số truyền 21,3:1, đã tích hợp bên trong động cơ.
o Encoder: 2 kênh A, B, số xung khi qua hộp giảm tốc là 235 xung, điện áp định mức encoder 3,3V.
o Trục động cơ: D=4mm.
(Dùng khớp nối lục giác chuyển từ 12mm (đường kính trục bánh xe) đến chốt gắn với động cơ có đường kính 4mm [36]).
- Với tốc độ lớn nhất thì moment động cơ tác dụng lên bánh xe đạt cực đại
0,0167Nm<Ttr=0,0692Nm
Bánh xe đảm bảo lăn khơng trượt trên tồn quỹ đạo.