Chương 3: THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY - LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG
3.2. Tính toán, lựa chọn các phần tử trong hệ thống
Các thông số ban đầu:
Khối lƣợng tải: 2kg
Hệ số ma sát của bề mặt dẫn hướng Hiệu suất bộ truyền trục vitme η=0,9
Đường kính trục vitme Db=8mm Khối lƣợng trục vitme: Mb=0,12kg Bước vitme Pb=8mm
Khối lƣợng khớp nối: Mk=0,015kg Đường kính ngoài khớp nối Dk=19mm Độ chính xác bàn máy Khoảng cách dịch chuyển bàn máy l=210mm Hệ số an toàn Sf=2
a) Tính chọn bộ truyền vít me bi – đai ốc
+ Vật liệu: Trục vít me làm từ thép C50, đai ốc là từ đồng thanh.
+ Chiều dài vít me (giữa 2 tâm ổ lăn): 300 (mm).
+ Bước vít me: 8 (mm).
+ Đường kính ngoài: D = 8 (mm).
b) Tính chọn động cơ bước hệ vitme
* Tính góc động cơ bước:
, với (mm) là độ chính xác mong muốn.
Số xung hoạt động:
360o
S
B
l
P
DUT.LRCC
Hình 3.10 Biểu đồ tần số và thời gian của động cơ bước Thời gian đạt tần số xung cần thiết = 0,25.t = 0.2
Tần số xung:
Tốc độ quay của động cơ:
. Vận tốc tiến của vitme V= 17 mm/s
=> vận tốc góc:
Tần số xung: hz
Hình 3.11 Sơ đồ động bộ truyền khi hoạt động
* Tính momen xoắn động cơ bước:
- Lực dẫn động vít me:
F = mg.(sin + àcos) Trong đó:
: Góc nghiêng ăn dao ( = 0°).
m: khối lƣợng trục X và bộ phận đóng dấu, m= 1 (kg).
g: Gia tốc trọng trường, g= 10m/s2. .360 500
f V
DUT.LRCC
à: Hệ số ma sỏt của bề mặt trục vớt me, à = 0,05.
Vậy F = àmg =0,05.10.1=0.5 (N) - Momen xoắn:
TL= F.tx/2πη+ à0.F0.tx/2π Trong đó:
tx=8mm: bước ren trục vít.
η = 0,9: hiệu suất bộ truyền.
F0 =F/3 = 0.16 (N): Tải đặt trước.
à0 = 0,3: Hệ số ma sỏt khi cú tải.
TL = 7,7x ( N.m) - Momen quán tính:
+ Momen quán tính của trục vít me:
Jb = π.ρ.L.D4/32
Trong đó: ρ = 7,9.103 (kg/m3) là khối lƣợng riêng vật liệu làm trục vít me.
Vậy Jb= 9,5.10-3 (kg.m2) + Momen quán tính của tải:
Jt = m.(tx/2π)2 = 1,5.(8.10-3/2π)2 = 2,43.10-6 (kg.m2) + Tổng momen quán tính:
JL = 2,43.10-6 + 9,5.10-3 = 9,8.10-3 (kg.m2) - Tổng momen yêu cầu:
T = TL.Sf = (9,8.10-3).2 = 0,02 (N.m) Trong đó: Sf = 2: Hệ số an toàn.
Chọn động cơ có T >0,02 (N.m)
* Chọn động cơ bước có:
- Góc bước: 1,8°
- Momen xoắn: 0,14 N.m
3.2.2. Hệ thống kéo giấy từ ngoài vào a) Phương án dẫn động
DUT.LRCC
Hình 3.12 Phương án dẫn động bộ phận kéo giấy vào b) Tính lực ma sát giữa con lăn với giấy A4
Lực ma sát lăn:
Hình 3.13 Phân tích lực cơ cấu kéo giấy
Để cuốn giấy đi từng tờ thì lực ma sát lăn của con lăn với tờ giấy phải lớn hơn lực ma sát trƣợt giữa 2 tờ giấy.
(Flx-2Pcos(4)). >(Flx-Pcos(4)).
fmst
fmsl<Flx-2Pcos(4)
Flx-Pcos(4)=1-FPcos(4)
lx-Pcos(4)
fmst
fmsl<Flx-2Pcos(4)
Flx-Pcos(4)=1-FPcos(4)
lx-Pcos(4)
fmst
fmsl<Flx-2Pcos(4)
Flx-Pcos(4)=1-FPcos(4)
lx-Pcos(4)
( )
( )
.
DUT.LRCC
Hình 3.14 Tính toán lực lò xo Chọn lò xo có độ cứng 2,5N/mm.
=> mm.
=> ban đầu cho lò xo nén vào ≥ 3.2mm
Đồng thời để con lăn có thể cuốn giấy đi thì con lăn phải tạo ra 1 lực F thắng lực Fms.
F>Fms= (Flx-2Pcos4).f = 2N Với:
- Flx là lực của lò xo tạo nên Flx=kx - P là trọng lƣợng tờ giấy P = 4.6g
- f là hệ số ma sát lăn giữa tờ giấy và con lăn f=0.2 3.2.3. Hệ thống chuyền giấy
a) Phương án dẫn động
Hình 3.15 Phương án dẫn động hệ thống chuyền giấy
b) Tính toán hệ thống dẫn động 8 3.2
2.5 flx
x k
DUT.LRCC
Hình 3.16 Phân tích lực Ta có PT: ⃗⃗ ⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗
Chiếu lên phương y: N=P
Chiếu lên phương x: F-Fmst = ma
Với Fmst=(N+F).f=F.f=2N, bỏ qua trọng lƣợng tờ giấy.
Con lăn phải tạo ra 1 lực F>2N 3.2.4. Chọn xi lanh
Hình 3.17 Xi lanh đôi
Xy lanh khí nén một chiều là xy lanh mà áp lực tác động vào xylanh chỉ một phía, phía ngƣợc lại do lực của lò xo tác động hay do ngoại lực tác động.
Xi lanh khí nén hai chiều thường được sử dụng để sinh ra lực đẩy piston từ cả 2 phía và đối với loại xi lanh này thường được thiết kế với cấu tạo 2 lỗ có thể dùng để cung cấp nguồn khí nén cũng như lưu lượng khí nén cấp cho van và sẽ được sử dụng các kiểu van điện từ chia khí bao gồm kiểu 4/2, 5/2 hoặc 5/3 1 hoặc có thể là 2 đầu cuộn coil đều áp dụng đƣợc.
DUT.LRCC
- Tính toán xi lanh tác dụng 2 chiều + Lực tác động khi cần piston đi ra:
. . 2
1 e
A A p
F
FA [daN]: Lực tác động khi cần piston đi ra A1 [cm2]: Diện tích mặt đáy piston, A1=π.D2/4 D [cm]: Đường kính mặt đáy piston
pe2 [bar]: Áp suất khí nén trong xi lanh η: Hiệu suất xi lanh, thường lấy η=0,8 + Lực tác động khi cần piston đi vào:
.
. 2
2 e
E A p
F
FE [daN]: Lực tác động khi cần piston đi vào
A2 [cm2]: Diện tích vòng găng piston, A2=π.(D2-d2)/4 D [cm]: Đường kính mặt đáy piston
d [cm]: Đường kính cần piston
pe2 [bar]: Áp suất khí nén trong xi lanh η: Hiệu suất xi lanh, thường lấy η=0,8 - Xi lanh tác động kép cxsm10-50
+ Đường kính mỗi trục: d=6mm, có = 2,83.10-5 m2 + Diện tích mặt đáy piston, cho ƣớc lƣợng A1 = 1,4.10-4 m2 + Áp suất tối đa cấp vào xi lanh: 0,7Mpa = 0,7.106 N/m2
+ Áp suất khí nén của các máy nén khí thông dụng là p=6bar=6.105N/m2 + Lực đẩy khi piston đi ra:
FA= 1,4.10-4.6.105.0,8 = 67,2N, với hiệu suất xi lanh η = 0,8.
DUT.LRCC
3.2.5. Chọn van điều khiển
Hình 3.19 Van điện khí nén 5/2
Van điện từ khí nén hay còn gọi là van đảo chiều, ở các nước phương Tây còn đƣợc gọi Solenoid valve, là một cơ cấu có tác dụng đóng hoặc ngắt dòng khí và điều chỉnh hướng của dòng khí, dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ. Van điều khiển ta chọn van 5/2 tác động nam châm điện. Chọn van có model nhƣ hình vẽ.
Gồm 3 cổng, cổng giữa P là cổng đƣa áp suất vào. Hai cổng R và S là cổng xả, hai cổng này cần lắp 2 con giảm thanh để chống bụi vào làm hƣ hỏng van. Hai cổng A, B kết nối và đƣa áp suất trực tiếp đến xi lanh khí nén. Nút màu đỏ là nút kích hoạt chiếc van hoạt động (hay gọi là nút thử tay), dùng để kiểm tra tình trạng chiếc van có bị hƣ hỏng hay không.
- Van thường mở (NO): không có điện thì van mở, có điện van thì đóng.
- Van thường đóng (NC): không có điện thì van đóng, khi có điện thì van mở.
Khi có điện, van sẽ sinh ra lực từ trường từ cuộn hút (cuộn điện) làm cho mở, để duy trì mở thì chúng ta cũng phải duy trì nguồn điện cấp vào.
Hình 3.20 Kí hiệu các cửa nối của van 5/2
Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14, dưới tác dụng của lực lò xo van hoạt động
DUT.LRCC
bị chặn. Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van đảo trạng thái làm cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn.
3.2.6. Hệ thống dẫn hướng
Hệ thống thanh trượt dẫn hướng có nhiệm vụ dẫn hướng cho các chuyển động của bàn theo phương X (động cơ giấy vào và cấp giấy vào), phương Y (động cơ vít me).
Yêu cầu của hệ thống bi trƣợt phải thẳng, có khả năng tải cao độ cứng vững tốt, không có hiện tƣợng dính, trơn khi trƣợt.
Hình 3.21 Ổ bi dẫn hướng bằng trục trơn DUT.LRCC
DUT.LRCC