CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
4.1.1 Thiết kế hệ thống cơ khí
- Kết cấu chắc chắn.
- Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
b) Tính toán chọn động cơ
Robot chỉ chịu tác dụng của trọng lực,giả sử điểm đặt tại vị trí tâm của tay kẹp.
Dời trọng lực P về vị trí đường kính trục. Giả sử đường kính trục thiết kế có d=10mm.
Fms= 0.05.P. d / Rtr
k=0.01÷0.05: hệ số ma sát lớn nhất của ổ lăn Rtr = 0.05: bán kính trục
d= a1+a2=0.250+0.215= 0.465(m) P= (m1+m2).g=(1.1+1.5)*9.8=25.48 (N) Fms= 0,05.25,48.0,465/0.01=59.241 (N) Ptrục= 59.241.750..0,01/60=23.2 W Ptrục= 23,2(W)
Pđc= = 23.2/( η ol38 η đai)=23.2/ (0.995 3*0.95)=24.4 (W) Chọn động cơ bước: 23LM-C701-02 có P=35(W)
c) Thiết kế trục và ổ Thiết kế tính toán trục Lý luận:
- Để tạo ra 1 khớp chuyển động linh hoạt, truyền chuyển động từ khớp này sang
- Đảm bảo khả năng vận hành trơn tru.
Ta phải thiết kế ra 1 hệ thống trục để vận hành.
Đáp ứng các yêu cầu trên:
Tính toán:
Trục 1: Trục tại khớp 4 trục nối giữa khớp 3 và khâu hoạt động cuối
- Xác định momen max tác dụng liên tục.
- Giả sử cánh tay nâng vật nặng (100g). Khâu thứ 4 nặng 200(g) được thay thế bằng lực tương đương tại trọng tâm.
Ta có: tác dụng lên trục là:
Hình 4.1 Lực tác dụng khâu 3
+ Gọi là momen cánh tay tác dụng lên trục.
là momen động cơ cần thiết tác dụng lên trục
Trục sẽ chịu lực max nhất khi cánh tay ở vị trí cao nhất
- Trọng lực tại khâu đang xét Gọi là 2 phản lực cắt cánh tay tác dụng
Khi đó là 2 phản lực tác động ngược trở lại.
Lý luận:
Điều kiện cân bằng lực Ta có
Biểu đồ momen
Hình 4.2 Biểu đồ momen khâu 3 Xác định tiết diện ở điểm nguy hiểm:
Dựa vào biểu đồ nội lực ta thấy điểm đặt lực là nguy hiểm nhất, ta có momen tác dụng dưới đây.
Chọn vật liệu thép C45
Kết luận vậy đường kính ở đây phải là 1,35 (mm) cho trục thích hợp.
- Tương tự với phương pháp trên ta có cũng tính toán cho trục tại khâu 2
- Khối lượng khâu (2+3+4)
Cánh tay nâng vật nặng 100 (g)= khâu 4
- Thay thế lực tác dụng như sau:
- Trục tác dụng của momen xoắn do khâu 2, 3 tay kẹp (khâu 4) vật nặng gây ra:
- Mô tả dưới hình chiếu bằng ta có
Hình 4.3 Biểu đồ lực khâu 2 Như vậy, coi cả hệ trên là 1 khâu tác động:
Tính toán tương tự trục trên thì:
Gọi là momen cánh tay tác dụng lên trục
là momen động cơ cần thiết tác dụng lên trục
Trục sẽ chịu tác đụng Max nhất khi robot ở vị trí Max nhất (cao nhất) Trọng lực tại toàn khâu đang xét
Gọi là 2 phần lực cắt cánh tay tác dụng
Khi đó ta lại có hệ: là 2 phản lực ngược lại Lý luận
Điều kiện cân bằng lực Ta có
Vẽ biểu đồ momen
Hình 4.4 Biểu đồ momen khâu 2
- Xác định tiết diện tại điểm nguy hiểm
- Dựa vào biểu đồ nội lực ta thấy điểm đặt lực là nguy hiểm nhất/
- Momen tương đương
Chọn vật liệu thép C45 Đường kính cần thiết
Vậy đường kính trục: 3,8 (mm)
- Trục 3 (trục tại khâu 1)
- Khối lượng khâu: 1+2+3+4
Cánh tay nâng vật nặng 100(g)= (khâu 4)
- Thay thế lực tác dụng như sau:
- Trục tác dụng của momen xoắn do khâu 1,2,3,4 gây ra
- Mô tả dưới hình chiếu bằng ta có:
Hình 4.5 Biểu đồ lực khâu 1
- Như vậy, coi cả hệ trên là 1 khâu tác dụng để tính toán Momen xoắn.
Ta có:
Gọi là momen xoắn do cánh tay và động cơ tác dụng lên trục 3
Trọng lượng tương đương của cả hệ:
Gọi là 2 phản lực cắt cánh tay tác dụng
Khi đó ta lại có hệ
Gọi là 2 phản lực tác động ngược lại Lý luận
Điều kiện cân bằng lực Tương tự ta có 1 hệ tác động Vẽ đồ thị momen
Hình 4.6 Biểu đồ momen khâu 4 Momen tương đương
Chọn đường kính cần thiết
Kết luận
Lựa chọn ổ
Chọn ổ đỡ đã có sẵn ổ lăn–tiết kiệm chi phí và gia công. Ổ bi loại 6202 2RS, 6201, 6200.
Khâu 1: Chọn ổ lăn 6202 2RS
- Thông số kĩ thuật:
+ Ổ bi lăn, chịu tải mức trung bình.
+ Đường kính trong: d=15mm.
+ Đường kính ngoài D=35mm + Bề dày: 11
+ Khối lượng: 40g
Khâu 2: Chọn ổ lăn 6202 2RS + Ổ bi lăn, chịu tải mức trung bình.
+ Đường kính trong: d=12mm.
+ Đường kính ngoài D=32mm + Bề dày: 10
+ Khối lượng: 30g
Khâu 3: Chọn ổ lăn 6200 ZZCM + Ổ bi lăn, chịu tải mức trung bình.
+ Đường kính trong: d=10mm.
+ Đường kính ngoài D=30mm + Bề dày: 9
+ Khối lượng: 25g
d) Tính toán thiết kế một số cơ cấu khác Khớp nối
- Định nghĩa: nối trục được dùng để nối cố định các trục, chỉ khi nào dừng máy, tháo nối trục thì các trục mới rời nhau. Nối trục lại được chia ra các loại: nối trục chặt, nối trục bù, nối trục đàn hồi…
- Nối trục đàn hồi gồm 2 nửa nối trục lắp chặt với 2 trục, ở giữa có bộ phận đàn hồi nói chúng lại với nhau.
- Nối trục đàn hồi bao gồm: nối trục đĩa hình sao, nói trục vòng đàn hồi, nối trục răng lò xo và nối trục vỏ đàn hồi. Với 2 đầu trục nối d=8mm.
- Ở đây chúng ta sẽ dùng nối trục đàn hồi.
Hình 4.7 Nối trục đàn hồi Bộ truyền vitme-đai ốc với truyền động trượt .
Khái niệm: Truyền động vitme-bi là loại truyền động biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến và ngược lại. Khác với truyền động vít đai ốc ở chỗ có thêm các con lăn là bi cầu nhờ đó truyền động ma sát vitme- bi là ma sát lăn.
Hình 4.8 Vitme –bi
+ Hành trình:150mm
+ Chiều dài trục vit: 200mm + Bước ren: 2