Bài tập lớn Tính toán hệ thống cấp phôi tự động

BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 1


LỜI NÓI ĐẦU
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng là một trong những bài tập quan trọng của
sinh viên ngành Kỹ thuật, ñặt biệt là chuyên môn về Kỹ thuật ñiều khiển tự ñộng. Bài tập
này ñược thực hiện nhằm mục ñích giới thiệu cho sinh viên các hệ thống sản xuất tiên
tiến và linh hoạt, những phương pháp mới trong sản xuất công nghiệp ñể nâng cao tầm
quản lý và ñịnh hướng phát triển của sự nghiệp Cơ khí sau này.
Trong quá trình thực hiện, sinh viên ñược giao tính toán hệ thống cấp phôi (nắp chai)
dạng xích tải. ðây là một hệ thống cấp phôi khá phổ biến trong sản xuất công nghiệp.
Tuy ñơn giản về mặt kết cấu nhưng hệ thống này có ñầy ñủ những yêu cầu cơ bản ñể khi
thực hiện, sinh viên nắm ñược những kỹ thuật then chốt làm nền móng cho quá trình học
tập và ñi sâu vào lĩnh vực sản xuất tự ñộng.
Mục ñích của bài tập này là làm cho sinh viên biết ứng dụng những hiểu biết của mình
về Cơ khí ñể áp dụng thiết kế cho một bài toán thực tế trên cơ sở những gì ñã học. Từ ñó
rút ra ñược những bài học kinh nghiệm ñầu ñời cho chính bản thân ñể sẵn sàng bước vào
con ñường Kỹ thuật chế tạo.
Xin chân thành cám ơn những bài học kinh nghiệm quý báu của các Thầy Cô trong bộ
môn Cơ ñiện tử và sự hướng dẫn nhiệt tình của Ths. Võ Anh Huy ñã giúp cho sinh viên
hoàn thành bài tập này !



Thành phố HCM, ngày 03-12-2010

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn



BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 2


MỤC LỤC


LỜI NÓI ðẦU 1

I.

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP PHÔI DẠNG XÍCH TẢI 3

1.1 Số liệu thiết kế: 3

1.2 Tính toán hệ thống xích tải: 3

II.

XÁC ðỊNH CÔNG SUẤT ðỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG: 9

2.1

Chọn ñộng cơ ñiện: 9

2.2

Các thông số của nắp chai: 11

2.3

Momen gây ra bởi trọng tâm của nắp trong các trạng thái: 12

2.4 Tính toán ñộ cong của ống dẫn ñể nắp chai di chuyển ñược 16

III.

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 21







BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 3

I. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP PHÔI DẠNG XÍCH TẢI

1.1 Số liệu thiết kế:

• Hệ dẫn ñộng băng xích tải gồm:
1- ðộng cơ ñiện
2- Bộ truyền xích
3- Hộp giảm tốc gắn liền với ñộng cơ.
4- Xích tải

• Yêu cầu của hệ thống cấp phôi:
- Năng suất: 10000 chai/8h = 10000 nắp chai/8h
- Nắp chai có kích thước như hình vẽ:



1.2 Tính toán hệ thống xích tải:
Theo [CT trang 129,1], ta có:
- Năng suất cấp phôi thực tế: Q
tt
= 0.6 yv/zL = 10000 nắp/8h
- Năng suất lý thuyết: Q
lt
= yv/zL ≥ 10000/0.6 = 16666.67 nắp/8h
1 /1.728
nap s
⇒
→ cứ 1s, hệ thống phải cấp 0.6 nắp


G
O

X
Y
6
3.7
32.56
R1.7
R165
27.17
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 4




Trong ñó:
+ v: vận tốc xích tải
+ y: chiều dài của một thanh tải gắn trên xích tải
+ L: chiều dài chi tiết
+D: chiều cao chi tiết
+z : khoảng cách giữa hai ñường rãnh
+ 0.6: hiệu suất của hệ thống cấp phôi dạng xích tải ñứng
0.6
0.6 0.6 200 32.6
0.03 /
130
lt
yv
Q

zL
zL
v m s
y
⇒ = ≥
× × ×
⇒ ≥ = ≈

Vậy vận tốc nhỏ nhất của xích tải v
min
= 0.03 m/s
Xich tai
z
y
Nap chai
Thanh tai
Hop giam toc
Dong co
Bo truyen xich
Thung phoi
Thanh gat
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 5

Tìm vận tốc lớn nhất của xích tải:
Tra [ðồ thị trang 494, 1]

Với số lượng nắp tối ña trên thanh tải = y/L = 130/32.6 ≈ 4 nắp

Ta suy ra vận tốc lớn nhất của băng tải: v
max
≈ 0.25 m/s
Vậy vận tốc giới hạn của xích tải là
0.03 ≤ v ≤ 0.25 m/s
Ta tiến hành tính toán thiết kế cho băng tải quay với vận tốc v = 0.2 m/s
 Tìm lực vòng trên xích tải:

- Giả sử xích tải vuông góc với mặt sàn
- Cho chiều cao xích tải sơ bộ H = 2000
+ Với z = 200
→ Số thanh tải có trên một mặt xích tải: n
thanh
= 2000/200 = 10 thanh


BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 6

- Ta tiến hành tính toán cho băng tải làm việc ở chế ñộ tải lớn nhất, tức là:
+ Mỗi thanh mang 4 nắp
+Băng tải thẳng ñứng với mặt sàn
Ta có:
+ Khối lượng mỗi nắp chai: m=0.002 kg
+ Khối lượng mỗi thanh tải: cho m
thanh
= 0.014kg

+ Khối lượng mỗi bản xích: m
xích
= 0.212 kg

BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 7


Vậy khối lượng tổng cộng tạo lực vòng xích tải:
M = 4m×10+10 m
thanh
+(2000/38.1)× m
xích

=4×0.002×10+10×0.014+(2000/38.1)× 0.212 = 11.35kg

Lực ma sát của dây xích và khay trượt: F
msbx
 Giả thuyết:
+ Khay trượt làm bằng nhôm hợp kim, tra [Bảng 5.1, trang 138, 1] ta có hệ số ma
sát là 0.353
+ Góc nghiêng lớn nhất của băng tải là 90
+ Số mắt xích theo thiết kế là 89

→ F
msbx
= µmg×89 = 0.353×0.212×9.81×89 = 65.34 N

Lực vòng trên xích tải lấy gần ñúng là F ≈ 11.35×9.81 + 65.34 = 176.68 N
Chọn lực vòng F= 200 N

BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 8



Chú thích: 1_xích tải; 2_bộ truyền xích; 3_ñộng cơ; 4_hộp giảm tốc

• Số liệu thiết kế:
- Lực vòng trên xích tải: F(N) = 200
- Vận tốc xích tải v(m/s) = 0.2
- Số răng ñĩa xích tải dẫn z(răng) = 21
- Bước xích tải p(mm) = 38.1
- Thời gian phục vụ L(năm) = 6
- Quay một chiều, làm việc hai ca, tải va ñập nhẹ (1 năm làm việc 300 ngày, 1 ca
làm việc 8 giờ)
- Chế ñộ tải: do trọng lượng của nắp khá nhẹ nên ta xem như chế ñộ tải là tĩnh








1

2
4
3
Hình 1: Sơ ñồ tải trọng
T
s
T
T
1

t
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 9

II. XÁC ðỊNH CÔNG SUẤT ðỘNG CƠ VÀ PHÂN PHỐI TỈ SỐ TRUYỀN
CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ðỘNG:

2.1 Chọn ñộng cơ ñiện:
Dựa vào hình 1 (Sơ ñồ tải trọng), ta xác ñịnh ñộng cơ làm việc trong trường hợp
tải trọng tĩnh. Khi ñó, công suất tính toán sẽ là:
200 0.2
0,04 40
1000 1000
t lv
lv
P P
Fv
P kW W

=
×
= = = =


 Hiệu suất chung của hệ thống truyền ñộng:
3
. .
ch hgt x ol
η η η η
=


 Tra bảng 2.3/19 – [1]
br
η
=0,96 : hiệu suất hộp giảm tốc bánh răng ñược che kín
x
η
=0,95 : hiệu suất bộ truyền xích
ol
η
=0,99 : hiệu suất ổ lăn

3
0.96 0.95 0.99 0.88
ch
η
⇒ = × × =

 Công suất cần thiết trên trục ñộng cơ:
40
45.5
0,88
t
ct
P
P W
η
= = =


 Phân phối tỉ số truyền:
• Số vòng quay của trục máy công tác (trục xích tải)
60000. 60000 0.2
14.998 15
. 21 38.1
lv
v
n
z p
×
= = = ≈
×
vòng/phút
 Trong ñó:
v - vận tốc xích tải = 0.2 m/s
z - số răng ñĩa xích tải = 21 răng
p - bước xích = 38.1 mm

• Tỉ số truyền toàn bộ u
t
của hệ thống dẫn ñộng
t x hgt
u u u
= ×


BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 10

 Dựa vào catalog của Oriental Motor
Hộp giảm tốc có u
hgt
= 3÷180
Truyền ñộng xích có u
x
= 1÷5
Chọn sơ bộ tỷ số truyền
(3 900)
t
u
≤ ≤
: u
t
= 50
⇒

Số vòng quay sơ bộ của ñộng cơ:
. 15 50 750
sb lv t
n u u
= = × =
vòng/phút

Chọn ñộng cơ: theo Catalog của Oriental Motor
• Yêu cầu: ñộng cơ ñược chọn phải có công suất P
dc
và số vòng quay ñồng bộ thỏa
mãn ñiều kiện:


•
BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT ðỘNG CƠ ðIỆN


Kiểu ñộng cơ

5RK60GE-AW2MJ
n

1200 vòng/phút
Công suất
60 W
Tần số
50 Hz

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật ñộng cơ ñiện

 Công suất trên các trục:
o Trục HGT :
40
40.4
0,99
lv
hgt
ol
P
P W
η
= = ≃

o Trục ðC :
2
40.4
45.5
0.99 0.96
hgt
dc
ol hgt
P
P W
η η
= =
×
≃

40
750 /
dc ct
db sb
P P W
n n v ph
≥ =


=

≃
BTL Tính toán hệ thống cấ
p phôi t

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấ
n <20702773>

 Phân tích nắp chai:
- Vì nắp chai là dạ
ng phôi t
ñóng vào chai. Do hình dáng
ñ
khối lượng, thể tích và trọ
ng tâm
không chính xác.
- ðể ñơn giả
n hóa các quá trình trên và

ta tiến hành thiết kế nắ
p chai m
phần mềm 3D, cụ thể
là Autodesk Inventor ñ
tích và trọng tâm của nắ
p chai m

2.2 Các thông số của nắ
p chai:
• Khối lượng: 0.002kg
• Vật liệu: thiếc không g
ỉ
• Thể tích: 286.520 mm
3

• Trọng tâm:
X= -
0.016 mm
Y= 3.729 mm
Z= -
0.004 mm

p phôi t
ự ñộng
GVHD: Võ Anh Huy
n <20702773>

ng phôi t
ấm ñược dập ñịnh hình sẵn một kiể
u dáng trư

ñ
ặc biệt và có nhiều ñường cong phức tạp
nên vi
ng tâm
theo phương pháp nội suy thông thườ
ng là khó khăn và
n hóa các quá trình trên và
ñảm bảo ñộ
chính xác trong tính toán, chúng
p chai m
ột cách chính xác và thừa hưởng sự
thong minh c
là Autodesk Inventor ñ
ể tìm ra ñược các thông số
: tr
p chai m
ột cách có cơ sở.

p chai:

ỉ
có trọng lượng riêng là 8.080g/cm
3


0.016 mm
≈ 0.0 mm
Y= 3.729 mm
≈ 3.7 mm
0.004 mm

≈ 0.0 mm
GVHD: Võ Anh Huy

Page 11
u dáng trư
ớc khi
nên vi
ệc tính toán
ng là khó khăn và
chính xác trong tính toán, chúng
thong minh c
ủa các
: tr
ọng lượng, thể

BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 12





2.3 Momen gây ra bởi trọng tâm của nắp trong các trạng thái:


BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 13


Góc nghiêng của băng tải và thanh tải là bao nhiêu ñể chi tiết ñược nằm vững trên
thanh tải ?

Trạng thái của nắp và momen gây ra bởi trọng lượng của nó
Các trạng thái có thể xảy ra của nắp chai trên băng tải ñứng:


Hình 1 Hình 2 Hình 3 Hình 4

Ta mong muốn chiều của nắp phải phải có chiều như hình 2 và trạng thái như hình 4,
vì thế việc thiết kế thanh tải nắp từ dưới phễu lên phải có kết cấu loại ñược trạng thái của
nắp ở hình 1 và 3
G
O
X
Y
G
O
X
Y
G
O
X
Y
G
O
X

Y
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 14


Tính góc xoay của băng tải ñể nắp bị tóm và ổn ñịnh trong quá trình cấp phôi
Khi nắp ở trạng thái như hình 2, nắp luôn bị mất cân bằng và có xu hướng quay về 01
bên (bên phải như hình vẽ) theo phương của P
1



Mô men quay của nắp với tâm quay tại O
1

1nap
M P L
= ×

Trong ñó:
1
sin
P P
α
= ×
: trọng lượng của nắp chiếu lên phương GP
1

0.002 9.81 0.02
P mg N
= = ×
≃

L= 16.5 : khoảng cách từ tâm quay ñến trọng tâm của nắp
α= 9
0
: góc hợp bởi phương thẳng ñứng và GO
1

Vậy momen quay nắp
1
0.02 16.5 0.33
nap
M P L Nmm
= × = × =

ðể nắp không bị mất cân bằng và ổn ñịnh trên băng tải , ta phải quay băng tải một góc
≥ α
2.49
1
6
.
4
7
O
1
P
P

1
9
°
G
O
X
Y
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 15


Khi nắp ở trạng thái như hình 1,3: nhờ ma sát giữa bề mặt ngoài của nắp chai và thanh
tải rất bé, và dưới tác dụng của trọng lượng bản thân nắp, nắp chai luôn có xu hướng
xoay sang bên trái như hình vẽ và trượt ra ngoài rớt xuống lại thùng phôi.



X
O1
P
G
O
Y
P
P
1
α
θ

=
9
0
-
α
G
O
X
Y
O
1
P
1
G
O
Y
P
1
9
°
8
1
°
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 16

2.4 Tính toán độ cong của ống dẫn để nắp chai di chuyển được
Ta tính toán thiết kế cho nắp chai di chuyển bởi trọng lượng nắp (sau khi ñược ñịnh
hướng)
Tính toán góc nghiêng của ống dẫn:

8
1
°
G
O
X
Y
8
1
°
G
O
X
Y
G
O
X
Y
G
O
X
Y
P
P
1

P
2
α
G
O
X
Y
α
F
m
s
N
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 17

ðiều kiện ñể nắp chai tự trượt xuống trên ống dẫn là:
1
ms
P F
>

Trong ñó:
1
sin sin
cos
ms
P P mg
F N P

α α
µ µ α
= × = ×
= = ×

µ : hệ số ma sát giữa nắp chai và bề mặt của ống dẫn
Tra [Bảng 5.1, trang 138, 1], với vật liệu của nắp chai là thép không rỉ và ống dẫn làm
bằng nhôm, ta có
µ= 0.353
0
sin cos
0.353
19.44 19.5
mg mg
tag
α µ α
α µ
α
⇔ × > × ×
⇔ > =
⇒ > ≈

Thiết kế profile của ống dẫn ñể nắp chai có thể di chuyển trong ống:
ðộ cong của ống dẫn:

Theo [5.20, trang 144, 1], ta có chiều cao tối thiểu ñể nắp di chuyển trong ống
d
t
= c+D

BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 18

Trong ñó:
c = khoảng cách cần thiết ñể ñỉnh nắp chai không bị ñụng mặt trong của ống dẫn
d
t
= chiều cao của ống dẫn
D = 6 chiều cao của nắp chai
Theo Pithago:

2
2
2 ( )
2
t
L
c R d c
 
⇒ + − =
 
 

Vì c rất bé so với 2(R+d
t
), nên ta có

Thay c từ phương trình 5.20, ta có ñược công thức tìm chiều cao cần thiết của ống dẫn
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 19

2
2
2
2
2
2
2
2
2 2 2
2
2 2 2 2
2
2 2 2 2
2( )( )
2
2( )
2
2 ( )
2
2 ( ) 2 2
4
[ ( )] ( ) 2
4

[ ( )]
4
[ ( )] ( )
4
[ ( )]
t t
t t t
t t
t t
t t
t t
t t
t
L
d D R d
L
d R d DR Dd
L
d R D d DR
L
d R D d DR
L
d R D d R D DR
L
d R D d R D
L
d R D d R D
d R D
 
⇔ − + =

 
 
 
⇔ + − − =
 
 
 
 
⇔ − + − =
 
 
 
⇔ − + − =
⇔ + − + − − − =
⇔ + − + − − =
⇔ + − + = + +
⇔ + −
2
2 2 2
1
2
2
2 2
( )
4
( ) ( )
4
t
L
R D

L
d R D R D
≈ + +
 
⇔ = + + − −
 
 

Vậy ta có:
1 1
2 2
2 2
2 2 2 2
32.5
( ) ( ) (159 6 ) (159 6) 6.94
4 4
t
L
d R D R D
   
= + + − − = + + − − =
   
   




BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy

SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 20


Vậy ta xác ñịnh ñược profile của ống dẫn là:
+ Chiều cao d
t
≈ 7
+ Chiều rộng b ≈ 33
+ ðộ cong ống R ≥ 159
+ ðộ dốc ống α ≥ 19.5
0


d
t
X
Y
6
32.56
R159
BTL Tính toán hệ thống cấp phôi tự ñộng GVHD: Võ Anh Huy


SVTH: Nguyễn Thanh Tuấn <20702773> Page 21

III. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Geoffrey Boothroyd, Assembly Automation and Product Design
2. Trịnh Chất-Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế hệ thống dẫn ñộng cơ khí, 2 tập, 2008
3. Catalog
+ Oriental Motor

+ IWIS conveyors
4. Website:
+

+

+

+