1 .Giới thiệu các cơ cấu chấp hành
3.1.3 .Xy lanh quay
3.2 Động cơ thủy lực
Hình 3.22.Cấu tạo bơm bánh răng b, Nguyên lý làm việc.
Nguyên lý làm việc của bơm bánh răng là thay đổi thể tích: khi thể tích của buồng hút A tăng, bơm hút dầu, thực hiện chu kỳ hút; vì nén khi thể tích giảm, bơm đẩy dầu ra ở buồng B, thực hiện chu kỳ nén. Nếu như trên đừờng dầu bị đẩy ra ta đặt một vật cản (ví dụ như van), dầu bị chặn sẽ tạo nên một áp suất nhất định phụ thuộc vào độ lớn của sức cản do kết cấu của bơm.
c, Phân loại
Bơm bánh răng là loại bơm dùng rộng rãi nhất vì nó có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo. Phạm vi sử dụng của bơm bánh răng chủ yếu ở những hệ thống có áp suất nhỏ trên các máy khoan, doa, bào, phay, máy tổ hợp,.... Phạm vi áp suất sử dụng của bơm bánh răng hiện nay có thể từ 10 ÷ 200bar (phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo).
Bơm bánh răng gồm có: loại bánh răng ăn khớp ngồi hoặc ăn khớp trong, có thể là răng thẳng, răng nghiêng hoặc răng chữ V.
Loại bánh răng ăn khớp ngồi được dùng rộng rãi hơn vì chế tạo dễ hơn, nhưng bánh răng ăn khớp trong thì có kích thước gọn nhẹ hơn.
Hình 3.23.Bơm bánh răng
a) Bơm bánh răng ăn khớp ngoài b) Bơm bánh răng ăn khớp trong c) Ký hiệu
d, Lưu lượng bơm bánh răng
Khi tính lưulượngdầu, ta coi thểtích dầuđược đẩy ra khỏi rónhrăng bằngvới thể tích của răng, tức là khơng tính đến khe hở chân răng và lấy hai bánh răng có kích thước như nhau. (Lưu lượng của bơm phụ thuộc vào kết cấu)
Nếu ta đặt:
m- Modul của bánh răng [cm];
d- Đường kính chia bánh răng [cm]; b- Bề rộng bánh răng [cm]; n- Số vòng quay trong một phút [vòng/phút];
Z - Số răng (hai bánh răng có số răng bằng nhau)
Thìlượngdầu do hai bánhrăngchuyểnđi khi nó quay mộtvịng Qv = 2.π.d.m.b [cm3 /vòng] hoặc [l/ph]
Nếu gọi Z là số răng, tính đến hiệu suất thể tích ηt của bơm và số vũng quay n thì lưu lượng của bơm bánh răng sẽ là:
Qb = 2.π.Z.m2 .b.n. ηt [cm3 /phút] hoặc [l/ph] ηt = 0,76 ÷ 0,88 hiệu suất của bơm bánh răng.
Hình 3.24.Kết cấu bơm bánh răng
1. Cặp bánh răng; 2. Vành chắn; 3. Thân bơm; 4.1. 4.2. mặt bích 5. Vòng chặn dàn ở trục quay; 6. ơ đỡ
7. Vịng chặn để điều chỉnh độ hở mặt hông của cặp bánh răng và vành chặn.
3.2.2. Bơmtrục vít
Bơmtrục vítlà sự biến dạng của bơmbánh răng.Nếu bánh răng nghiêngcó số răng nhỏ, chiều dày và góc nghiêng của răng lớn thì bánh răng sẽ thành trục vít.
Hình 3.25.Bơm trục vít Bơm trục vít thường được sản xuất thành 3 loại:
+/ Loại ápsuấtthấp:p = 10 ÷ 15bar +/ Loại áp suất trung bình: p = 30 ÷ 60bar +/ Loại áp suất cao: p = 60 ÷ 200bar.
Bơm trục vít có đặc điểm là dầu được chuyển từ buồng hút sang buồng nén
theo chiều trục và khơng có hiện tượng chèn dầu ở chân ren.
Nhược điểmcủabơm trục vítlàchế tạotrục vít khá phứctạp.Ưu điểmcăn bản là chạy êm, độ nhấp nhô lưu lượng nhỏ.
3.2.3. Bơm cánh gạt
a, Phân loại
Bơm cánh gạt cũng là loại bơm được dùng rộng rãi sau bơm bánh răng và chủ yếu dùng ở hệ thống có áp thấp và trung bình.
So với bơm bánh răng, bơm cánh gạt bảo đảm một lưu lượng đều hơn, hiệu
suất thể tích cao hơn.
Kết cấu Bơm cánh gạt có nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loạichính:
+/ Bơm cánh gạt đơn. +/ Bơm cánh gạt kép.
b, Bơmcánh gạtđơn
Bơm cánh gạt đơn là khi trục quay một vịng, nó thực hiện một chu kỳ làm việc bao gồmmộtlần hútvà mộtlầnnén.
Lưu lượng của bơm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vịng trượt).
Hình 3.26.Ngun tắc điều chỉnh lưu lượng Bơm đơn a) Nguyên lý và ký hiệu
b) Điều chỉnh bằng lò xo c) Điều chỉnh bằng thủy lực c, Bơmcánhgạtkép
Bơm cánh gạt kép là khi trục quay một vịng, nó thực hiện hai chu kỳ làm việc bao gồm hai lần hút và hai lần nén
Hình 3.27.Bơm cánh gạt kép d, Lưu lượng của bơm cánh gạt
Nếu các kích thước hình học có đơn vị 1µ [cm], số vịng quay n(vịng/phút) thì lưu lượng qua bơm 1µ:
Trong đó:
D- đường kính Stato; B- chiều rộng cánh gạt; b- chiều sâu của rãnh; e- độ lệch tâm; d- đường kính con lăn.
3.2.4. Bơm pittơng
Bơm pittơng là loại bơm dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích của cơ cấu pittơng - xilanh. Vì bề mặtlàmviệccủa cơcấunàylà mặttrụ, do đó dễ dàngđạt được độ chính xác gia cơng cao, bảo đảm hiệu suất thể tích tốt, có khả năng thực hiện được với áp suất làm việc lớn (áp suất lớn nhất có thể đạt được là p = 700bar).
Bơm pittông thường dùng ở những hệ thống dầu ép cần áp suất cao và lưu lượng lớn; đó là máy truốt, máy xúc, máy nén,…
Dựa trên cáchbốtrí pittơng, bơmcó thể phân thànhhai loại: +/ Bơm pittơng hướng tâm.
+/ Bơm pittơng hướng trục
Bơm pittơng có thể chế tạo với lưu lượng cố định, hoặc lưu lượng điều chỉnh được.
b, Bơm pittông hướng tâm
Lưu lượng được tính tốn bằng việc xác định thể tích của xilanh. Nếu ta đặt d- là đường kính của xilanh [cm], thì thể tích của một xilanh khi rơto quay một vịng: Trong đó: h- hành trình pittơng [cm]
Vì hành trình của pittơng h = 2e (e là độ lệch tâm của rơto và stato), nên nếu bơm có z pittơng và làm việc với số vịng quay là n [vịng/phút], thì lưu lượng của bơm sẽ là:
Hành trình của pittơng thơng thường lµ h = (1,3 ữ 1,4).d và số vòng quay: nmax = 1500vg/ph
Lưu lượng của bơm pittơng hướng tâm có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi độ lệch tâm (xê dịch vịng trượt)
Pittơng (3) bố trí trong các lỗ hướng tâm rơto (6), quay xung quanh trục (4). Nhờ cácrãnh vàcáclỗ bố trí thíchhợp trêntrục phânphối (7), có thểnối lầnlượt các xilanh trong một nữa vịng quay của rôto với khoang hút nữa kia với khoang đẩy.
Sau một vịng quay của rơto, mỗi pittơng thực hiện một khoảng chạy kép có lớn bằng 2 lần độ lệch tâm e.
Trong các kết cấu mới, truyền động pittông bằng lực ly tâm. Pittông (3) tựa trực tiếp trên đĩa vµnh khăn (2). Mặt đầu của pittơng lµ mặt cầu (1) đặt hơi nghiêng vµ tựa trên mặt côn của đĩa dẫn.
Rôto (6) quay được nối với trục (4) qua ly hợp (5). Để điều khiển độ lệch tâm e, ta sử dụngvít điềuchỉnh (8).
c, Bơm pittơng hướng trục
Bơm pittơng hướng trục là loại bơm có pittông đặt song song với trục của rôto
và được truyền bằng khớp hoặc bằng đĩa nghiêng. Ngoài những ưu điểm như của bơm
pittông hướng tâm, bơm pittông hướng trục cịn có ưu điểm nữa là kích thước của nó nhỏ gọn hơn, khi cùng một cỡ với bơm hướng tâm.
Ngoài ra, so với tất cả các loại bơm khác, bơm pittơng hướng trục có hiệu suất tốt nhất. vì hiệu suất hầu như khơng phụ thuộc vào tải trọng và số vịng quay.
Hình 3.29.Pittơng hướng trục
Nếu lấy các ký hiệu như ở bơm pittông hướng tâm và đường kính trên đó phân bố các xilanh là D [cm], thì lưulượngcủabơmsẽlà:
Loại bơm này thường được chế tạo với lưu lượng Q = 30 ÷640l/ph và áp suất p = 60bar, số vòng quay thường dùng là 1450vg/ph hoặc 950vg/ph, nhưng ở những bơm có rơtokhơnglớnthìsốvịng quay cóthểdùngtừ 2000 ÷2500vg/ph.
Hình 3.30.Điều chỉnh lưu lượng bơm pittơng hướng trục
Trong các loại bơm pittông, độ không đồng đều của lưu lượng khơng chỉ phụ thuộc vµo đặc điểm chuyển động của pittơng, mµ cịn phụ thuộc vào số lượng pittông. Độkhông đồngđềuđượcxácđịnhnhư sau:
Độ khơng đồng đều k cịn phụ thuộc vào số lượng pittông chẵn hay lẻ.
4. Động cơ DC
Động cơ DC là loại động cơ điện quay nào chuyển đổi năng lượng điện trực tiếp thành năng lượng cơ học. Các loại phổ biến nhất dựa vào các lực được tạo ra bởi từ trường. Gần như tất cả các loại động cơ DC có một số cơ chế bên trong, hoặc cơ điện hoặc điện tử, để định kỳ thay đổi hướng của dòng điện trong một phần của động cơ.
Hình 3.31. Động cơ DC
Động cơ DC là hình thức đầu tiên của động cơ được sử dụng rộng rãi, vì chúng có thể được cung cấp năng lượng từ các hệ thống phân phối điện chiếu sáng trực tiếp hiện có. Tốc độ của động cơ DC có thể được kiểm sốt trên một phạm vi rộng, sử dụng điện áp cung cấp thay đổi hoặc bằng cách thay đổi cường độ dòng điện trong cuộn dây trường của nó. Động cơ DC nhỏ được sử dụng trong các công cụ, đồ chơi và thiết bị. Động cơ DC lớn hơn hiện đang được sử dụng trong động cơ đẩy của xe điện, thang máy
và vận thăng, và trong các ổ đĩa cho các nhà máy cán thép. Sự ra đời của điện tử công suất đã giúp thay thế động cơ DC bằng động cơ AC trong nhiều ứng dụng.
Động cơ DC gồm có động cơ DC có chổi than và động cơ DC khơng chổi than. Động cơ DC chổi than dựa vào phương pháp cơ học, với chổi và cổ góp, trong khi động cơ DC không chổi than sử dụng phương pháp điện tử để đạt được giao hoán. Động cơ DC có chổi than có một số lợi thế so với các phiên bản không chổi than.
Động cơ điện DC có chổi than tạo ra mơ-men xoắn trực tiếp từ nguồn DC cung cấp cho động cơ bằng cách sử dụng chuyển mạch bên trong, nam châm đứng yên (nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện) và nam châm điện quay.
Chổi thường được làm bằng than chì hoặc carbon, đơi khi có thêm đồng phân tán để cải thiện độ dẫn điện. Trong sử dụng, vật liệu chổi mềm mịn để phù hợp với đường kính của cổ góp, và khớp gắn. Một giá đỡ chổi có một lị xo để duy trì áp lực lên chổi khi nó rút ngắn. Đối với các chổi dự định mang nhiều hơn một hoặc hai ampe, một dây dẫn bay sẽ được đúc vào chổi và kết nối với các đầu nối động cơ. Chổi rất nhỏ có thể dựa vào tiếp xúc trượt với giá đỡ chổi kim loại để mang dịng điện vào chổi hoặc có thể dựa vào lò xo tiếp xúc ấn vào đầu chổi. Chổi trong các động cơ rất nhỏ, có thời gian sử dụng ngắn, như được sử dụng trong đồ chơi, có thể được làm bằng một dải kim loại gấp tiếp xúc với đường cổ góp.
* Ưu nhược điểm của động cơ DC có chổi than - Ưu điểm
+Chi phí ban đầu thấp, độ tin cậy cao và kiểm soát tốc độ động cơ đơn giản. +Dễ điều khiển: mô-men xoắn tỷ lệ với dòng điện - tốc độ tỷ lệ thuận với điện áp +Hiệu quả vừa phải
+Tốc độ thay đổi: u cầu ít thành phần bên ngồi hơn động cơ DC cảm ứng hoặc không chổi than
+Bảo trì cần thiết khi chổi bị mịn
+To hơn động cơ cảm ứng (EMI và âm thanh)
- Nhược điểm
+Bảo trì cao và tuổi thọ thấp khi sử dụng cường độ cao.
+Thường xuyên thay thế các chổi than và lò xo mang dòng điện.
+Các bộ phận này là cần thiết để chuyển năng lượng điện từ bên ngoài động cơ đến cuộn dây của rôto bên trong động cơ.
+Trong sử dụng, vật liệu chổi mềm. mau mịn.
* Mục đích của chổi than trong động cơ DC.
Hình 3.32.Chổi than trong động cơ DC Chổi trong động cơ DC có mục đích sau:
Chúng mang dịng điện đến phần ứng (phần quay).
Các chổi làm việc với cổ góp để chuyển dịng điện sang cuộn dây thích hợp của phần ứng khi nó quay. Điều này tạo ra các trường nam châm chính xác để làm cho động cơ chạy. Về cơ bản, chổi than là một tiếp điểm của một cơng tắc; cổ góp là khác.
Chổi của động cơ DC thường được làm bằng carbon (than), cả hai để bôi trơn tiếp xúc trượt được thực hiện với cổ góp và để chịu được các động cơ xảy ra khi chuyển đổi xảy ra ở tốc độ hàng trăm lần mỗi giây trở lên trong các động cơ nhỏ. Bởi vì điện trở suất của chổi than cao hơn đáng kể so với cổ góp bằng đồng, hầu hết các hao mòn gây ra bởi hồ quangxảy ra với chổi, khơng phải là cổ góp. Điều này là may mắn vì nó dễ dàng thiết kế động cơ để chổi có thể thay thế.
* Nguyên lý và cấu tạo động cơ DC có chổi than - Cấu tạo:
Tất cả các động cơ DC chổi than được xây dựng gồm 3 cụm phụ chính; stato (nam châm và cuộn dây), rơto và hệ thống chổi than.
- Nguyên lý
Stator của động cơ DC chổi có thể có nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ. Loại phổ biến hơn cho các ứng dụng servo (và, do đó, đối với hầu hết các ứng dụng điều khiển chuyển động công nghiệp) là loại nam châm vĩnh cửu - thường được gọi là động cơ DC nam châm vĩnh cửu (PMDC). Rôto bao gồm các cuộn dây quấn quanh lõi sắt có rãnh và được gắn vào cổ góp. Khi rơto quay, chổi tiếp xúc với cổ góp và cung cấp dịng điện cho cuộn dây.
Có một khoảng cách khơng khí giữa nam châm vĩnh cửu và vỏ. Điều này tạo ra một từ trường mạnh để đảm bảo cuộn dây tạo ra càng nhiều lực càng tốt. Quá nhiều khe hở khơng khí làm suy yếu từ thơng vì khơng khí là chất dẫn từ xấu. Tìm khoảng cách khơng khí tối ưu ln ln khó khăn vì nó phụ thuộc mạnh mẽ vào các tính chất của nam châm vĩnh cửu. Giữ khe hở khơng khí q hẹp chỉ cho phép một cuộn dây mỏng, hạn chế mật độ dòng điện thấp hơn và tạo ra mật độ năng lượng giảm.
Rơto được làm từ cuộn dây và cổ góp và điều này cho phép trục quay. Ở trung tâm của động cơ là trục, được làm bằng thép cứng, để chịu được tải cho ứng dụng, với điều kiện là động cơ chính xác đã được chọn. Tấm cổ góp giữ các thanh góp và tấm được cố định vào trục bằng khn nhựa. Trên đường kính ngồi của tấm giao hốn là cuộn dây khơng vành tự hỗ trợ, được cố định thông qua việc hàn các tiếp điểm với các thanh góp. Keo bao phủ các tiếp xúc và hàn, cho nó độ bền cơ học. Thơng thường, có thể có 7 thanh góp và các đoạn quanh co. Càng nhiều thanh và phân đoạn, lượng năng lượng phải được chuyển đổi càng nhỏ trong quá trình chuyển đổi, làm tăng tuổi thọ phục vụ do giảm các vụ cháy chổi. Mô-men xoắn được tạo ra trong cuộn dây sẽ được chuyển qua tấm chuyển đổi sang trục và điều này được hỗ trợ trong stato ống nối hoặc vòng bi. Cuối cùng là hệ thống chổi. Chúng có thể là than chì hoặc chổi kim loại quý có kết nối động cơ điện. Để cung cấp năng lượng cho rôto, chúng tôi đặt một hệ thống chổi và mỗi chổi có ký hiệu điện áp trực tiếp (+/-). Các chổi được kết nối với các thanh góp cho phép dịng điện chạy vào cuộn dây. Sau đó, hai dịng điện hình thoi xuất hiện gần trung tâm của các cực đối diện và ở giữa các đoạn quanh co trong từ trường. Các hình thoi liên tục bị thu hút bởi từ thông mạnh nhất làm cho rôto quay, nhưng do số lượng thanh chuyển đổi lẻ, cả hai khơng bao giờ có thể gặp nhau ở hai cực đối diện trực tiếp. Do đó, các hình thoi tiếp tục chuyển vào khơng gian trong phân đoạn tiếp cận. Điều này liên tục xảy ra, tạo ra mô-men xoắn của động cơ.
* Ứng dụng của động cơ DC chổi than
Động cơ DC chổi than, thiết bị nhỏ và các ứng dụng trong phụ kiện ngành ô tô như ghế điện và cần gạt nước. Trong các ứng dụng cơng nghiệp, động cơ DC chổi than có ý nghĩa khi mô-men xoắn cao được yêu cầu chủ yếu trong quá trình tăng tốc và giảm