CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
3.2. Tính toán, lựa chọn, thiết kế cơ khí
3.2.11. Thiết kế phần đế
Từ cơ cấu di chuyển cùng với các vật liệu đã chọn, nhóm tác giả đã tiến hành sắp xếp bố trí các vật liệu để đảm bảo thiết kế phần đế được gọn gàng và phù hợp. Bên cạnh đó còn phải đáp ứng độ vững chắc bởi phần đế là phần chịu lực chính toàn bộ trọng lượng của robot. Do đó nhóm tác giả đã lựa chọn vật liệu thiết kế cho phần đế là inox 304 có độ dày 3 mm theo đó là phần khung đỡ cho phần thân trên của Robot sẽ dùng nhôm định hình 20x20mm để dễ gia công mà vẫn đảm bảo độ cứng vững.
59
Hình 3.17 Thiết kế phần khung đế, phần vỏ và bố trí các linh kiện đã chọn lên khung
Về inox 304, nó là một trong những loại thép không gỉ phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi. Với các ưu điểm:
• Độ cứng cáp cao với độ bền kéo 600MPa, giới hạn chảy 400MPa, độ cứng 201 HB.
• Khả năng chống ăn mòn cao.
• Bề mặt sáng bóng và min, mang thẩm mỹ cao, không từ tính, khả năng chịu nhiệt tốt.
Về nhôm định hình 20x20 mm, nó là một loại nhôm có tiết diện hình chữ nhật hoặc vuông, kích thước mỗi cạnh là 20 mm. Loại nhôm này thường được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và chế tạo do tính đa dụng, dễ lắp ráp, và tính năng cơ học tốt. Với các ưu điểm:
• Trọng lượng nhẹ, dễ lắp ráp, độ bền cao với giới hạn bền là 96.5 MPa.
• Bề ngoài được phủ một lớp anode bảo vệ, tính thẩm mỹ cao, chống ăn mòn.
• Không giãn nở vì nhiệt, khả năng tái chế 100%
60
Với những đặc điểm và ưu điểm trên thì inox 304 và nhôm định hình 20x20mm là vật liệu chính để dựng lên phần khung toàn bộ của Robot.
Các phần khác như bánh xe, động cơ, encoder, LiDAR, cũng được tính toán bố trí sau cho phù hợp, gọn gàng nhất có thể. Phần vỏ cũng được thiết kế bo tròn bao bọc vừa đủ với phần khung đế với điểm nhấn là chữ UTE phía trước.
b. Kiểm nghiệm mặt đế:
Các thông số ban đầu:
Bảng 3.5 Thông số ban đầu của mặt đế dùng để kiểm nghiệm
STT Thông số Giá trị
1 Vật liệu Inox 304
2 Ứng suất cho phép 400 MPa
3 Độ dày 3 mm
4 Chiều dài 480 mm
5 Chiều rộng 440 mm
c. Kiểm nghiệm bền mặt đế
Với tải trọng của toàn bộ Robot là 12kg, xét toàn trọng lượng này sẽ được phân bố tại vị trí của 4 thanh nhôm định hình liên kết với mặt đế. Khi thực hiện mô phỏng xét trọng lượng đặt vào mặt đế lớn hơn trọng lượng của Robot là 20kg tương ứng với lực 200N để kiểm tra giới hạn. Phần mềm mô phỏng là SolidWorks.
61
Hình 3.18 Mô phỏng ứng suất mặt đế trên phần mềm SolidWorks
Theo như kết quả mô phỏng điểm có ứng suất lớn nhất khi phải chịu tải 20kg là 88.087(MPa)
= ta có thể thấy kết quả này nhỏ hơn rất nhiều so với ứng suất cho phép [ ] =400(MPa). Từ đó ta có thể kết luận mặt đế là đủ bền với tải trọng 20kg, cũng có nghĩa là đủ bền đối với Robot của nhóm.
d. Kiểm nghiệm độ chuyển vị
Độ chuyển vị cũng là 1 tiêu chí quan trọng để nhóm có thể lựa chọn nhằm đảm bảo độ chính xác. Tiếp tục tiến hành mô phỏng trên phần mềm SolidWorks thu được kết quả như sau:
Hình 3.19 Mô phỏng chuyển vị của mặt đế trên phần mềm SolidWorks
62
Từ kết quả mô phỏng ta có thể thấy chuyển vị tối đa được ghi nhận là =0.097(mm) rất nhỏ, gần như là không biến dạng so với chiều dài là 480mm và chiều rộng là 440mm của mặt đế. Đây cũng là tiêu chí quan trọng để nhóm quyết định chọn vật liệu inox 304 có độ dày 3mm bới độ biến dạng gần như không có, điều này hỗ trợ độ chính xác trong quá trình lắp ráp hoàn thiện cũng như điều khiển.
Từ đó ta có thể kết luận mặt đế Robot là đáp ứng yêu cầu về mặt biến dạng.