CHƯƠNG 3: YÊU CẦU VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ
3.8. Tính toán lực hút và chọn công suất động cơ
Hình 3. 16 Robot trên mặt phẳng nghiên Trường hợp 1: Tính khi robot di chuyển trên mặt nghiên
∑𝐹𝑦 = 𝑃 cos 𝛼 + 𝐹𝑚𝑎𝑔 − 𝑁 = 0 ⇔ N = 𝑃 cos 𝛼 + 𝐹𝑚𝑎𝑔
∑𝐹𝑥 = 𝑃 sin 𝛼 − à𝑁 = 0 ⇔ N =𝑃 sin 𝛼
à
Tính lực hút nam châm cần thiết khi robot di chuyển trên mặt nghiên 1góc anfa
𝐹𝑚𝑎𝑔 >𝑃 sin 𝛼
à − 𝑃 cos 𝛼
Hình 3. 17 Robot trong mặt phẳng nghiên Trường hợp 2: Robot đi phía bên trong mặt nghiên
∑𝐹𝑦 = 𝑃 cos 𝛼 − 𝐹𝑚𝑎𝑔 + 𝑁 = 0 ⇔ N = 𝐹𝑚𝑎𝑔− 𝑃 cos 𝛼
∑𝐹𝑥 = 𝑃 sin 𝛼 − à𝑁 = 0 ⇔ N =𝑃 sin 𝛼
à
𝐹𝑚𝑎𝑔− 𝑃 cos 𝛼 = 𝑃 sin 𝛼
à ⇔ 𝐹𝑚𝑎𝑔 =𝑃 sin 𝛼
à + 𝑃 cos 𝛼 Lực hút nam châm cần thiết khi robot di chuyển trên mặt nghiên 1 góc anfa
𝐹𝑚𝑎𝑔 >𝑃 sin 𝛼
à + 𝑃 cos 𝛼
Trường hợp 3: góc alpha = 90𝑜
𝐹𝑚𝑎𝑔 >𝑃
à Tóm lại lực hút nam châm phải thỏa mãn điều kiện này để robot không bị rơi
𝐹𝑚𝑎𝑔 > max {𝑃 sin 𝛼
à − 𝑃 cos 𝛼 ;𝑃
à;𝑃 sin 𝛼 à 𝑃 cos 𝛼}
Ta có:
0 < 𝛼 ≤ 90𝑜cos 𝛼 ≥0 Nên lực hút nam châm cần thiết để robot ko rơi trong mọi trường hợp
𝐹𝑚𝑎𝑔 >𝑃 sin 𝛼
à + 𝑃 cos 𝛼
Lực hút nam châm cần thiết là:
0 < à < 0.8; 0 < 𝛼 ≤ 90
max {𝑃 sin 𝛼
à + 𝑃 cos 𝛼}= 2,23P
𝐹𝑚𝑎𝑔 > 2,23P 𝐹𝑚𝑎𝑔 > 2,23 lần trọng lượng robot
𝐹𝑚𝑎𝑔 > 2,23𝑃
⇔ 𝐹𝑚𝑎𝑔 > 2,23𝑚𝑔
⇔ 𝐹𝑚𝑎𝑔 > 2,23 ∗ 1.5 ∗ 9.81 = 32.8 (𝑁) Trong đó:
- Khối lượng của robot là 1,5kg - Bán kính của bánh xe là 50mm - g là gia tốc trọng trường 9.81m/𝑠2 - 𝐹𝑚𝑎𝑔 là lực hút của nam châm (N) Vì lực hút của nam châm lớn hơn 32.9 (𝑁) nên ta suy ra lực hút của 1 bên bánh là
𝐹𝑚𝑎𝑔 2 =32.8
2 = 16.4(𝑁) Tính momen lựa chọn động cơ dẫn động:
Để robot có thể di chuyển bề mặt thì ta có 𝐹 𝑚 > 𝐹𝑚𝑠𝑛
2 ∗τ r > à sN ⇔ τ > à srN
2
⇔ τ >à 𝑠r(𝐹𝑚𝑎𝑔+ 𝑃)
2
⇔ τ >à sr(𝐹𝑚𝑎𝑔 + 𝑚𝑔)
2 Ta có μn > μt , hệ số của ma sát nghỉ của lốp xe trên trên bề mặt thép là 0.6
⇔ τ >0.6∗0.05∗(32.8+1.5∗9.81)
2 = 0.7127 Nm
Vận tốc yêu cầu đạt được trong đề tài này là 25 (mm/s)
𝑉𝑟𝑝𝑚 = ( 𝑣
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟 ) ∗ 60
⇔ 𝑉𝑟𝑝𝑚 = ( 0.025
2 ∗ 𝜋 ∗ 0.05 ) ∗ 60 = 4.777 vòng/phút
Để tính toán tốc độ góc (ω) từ giá trị RPM, đổi đơn vị từ vòng/phút sang radian/giây. Công thức chuyển đổi là:
𝜔 = 𝑉𝑟𝑝𝑚 ∗ (2𝜋/60)
⇔ 𝜔 = 4.777 ∗ (2𝜋/60) ≈ 0.5 𝑟𝑎𝑑/𝑠 Trong đó:
- ω là tốc độ góc (đơn vị là radian/giây) - 𝑉𝑟𝑝𝑚 là số vòng quay mỗi phút (Vòng/phút) - π là số Pi, có giá trị xấp xỉ 3.14
Công thức tính công suất của động cơ:
𝑃 = τ ∗ 𝜔 = 0.7127 ∗ 0.5 = 0.356 (𝑤) Trong đó:
- P là công suất động cơ (đơn vị là watt hoặc kilowatt).
- τ là công suất góc (đơn vị là Nm/s hoặc watt).
- ω là tốc độ góc (đơn vị là radian/giây).
Từ đây ta chọn động cơ động cơ giảm tốc JGY370 cho robot vì có chức năng tự khóa
khi mất điện. Khả năng chịu lực tối đa của bánh răng là khoảng 30kg.Về chất lượng thì bánh răng có độ chính xác cao, độ ồn thấp, vỏ hợp kim đúc áp lực bằng hợp kim kẽm, trục đầu ra bằng thép không gỉ được tôi cứng.Trục đầu ra của bộ giảm tốc được bố
trí theo chiều dọc với trục động cơ. Toàn bộ trục đầu ra của động cơ tương đối ngắn so với động cơ bánh răng thông thường.
Hình 3. 18 Động cơ jgy 370 Bảng 3. 3 Thông số kỹ thuật của động cơ giảm tốc JGY370 Điện áp đầu vào 24V
Tốc độ vòng quay 60 RPM
Mô-men xoắn (Kg.cm) 2-4 Kg.cm
Hộp số Hộp số trục vít tua-bin siêu nhỏ hình chữ nhật, có khả năng
chịu lực tối đa 30 Kg/cm² và tự khóa khi mất điện.
Trục động cơ Hình chữ D, trục cứng bằng thép không gỉ có kích thước 6
mm × 15mm.
Hoạt động Chiều kim đồng hồ/Chiều ngược kim đồng hồ (CW/CCW).
Bạn có thể thay đổi kết nối dây để thay đổi hướng quay của động cơ.
Hộp số:
- Bánh răng toàn diện có độ chính xác cao - Bánh răng đồng nguyên chất
- Thiết bị chính xác bóng Vỏ ngoài:
- Vỏ áp lực hợp kim đúc bằng hợp kim kẽm, trục đầu ra được làm cứng bằng thép không gỉ.
Cánh quạt:
- Cổ góp niken đồng bạc và dây đồng có độ dẫn điện siêu mạnh và lớp phủ phân tử mật độ cao giúp động cơ hoạt động mạnh mẽ và đáng tin cậy.
- Nó có một lớp phủ, có tác dụng tách bụi, chịu nhiệt độ cao và tuổi thọ cao.
- Roto động cơ được làm bằng đồng nguyên chất, có điện trở và dẫn điện thấp. lõi roto được làm từ thép Silicon bền chất lượng cao với độ trở kháng thấp.
Chổi than:
- Để có hiệu suất chuyển mạch tốt hơn, chổi than chất lượng cao được sử dụng mang lại.
- Khả năng dẫn nhiệt tốt và ma sát thấp, độ mài mòn thấp của chổi than, thông tin này trực tiếp xác định thời gian sử dụng động cơ.
Nam châm:
- Một nam châm cường độ cao với khối lượng nhỏ, nhẹ, được cung cấp để tiêu thụ năng lượng thấp, Công suất mạnh, mô-men xoắn lớn hơn, v.v.