THIẾT kế TAY máy rô bốt hàn hồ QUANG 6 bậc tự DO

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

THIẾT KẾ TAY MÁY RÔ BỐT HÀN HỒ QUANG 6 BẬC TỰ DO
DESIGN MANIPULATION OF ARC WELDING ROBOT WITH 6 DEGREES OF
FREEDOM
PGS. TS. Bùi Văn Hạnh
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

TÓM TẮT
Rô bốt hàn hồ quang ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Gần đây ở
nước ta đã có một số công trình nghiên cứu về rô bốt. Cấu tạo chung của rô bốt hàn hồ quang
bao gồm: tay máy, hệ thống điều khiển, bảng lập trình, nguồn hàn và các phụ kiện hàn. Hệ
thống điều khiển của các rô bốt công nghiệp hiện nay đều lấy PC làm cơ sở (PC base) với PC
là một máy tính công nghiệp. Trong thiết kế rô bốt công nghiệp nói chung và rô bốt hàn hồ
quang nói riêng, thiết kế tay máy là công việc rất quan trọng, có ảnh hưởng lớn đến khả năng
làm việc và độ chính xác của rô bốt. Trong bài báo này tác giả trình bày phương pháp tính
toán, lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc cho tay máy rô bốt hàn hồ quang 6 bậc tự do và
phương pháp kiểm tra bền và biến dạng của các khâu.
Từ khóa: tay máy, rô bốt, hàn hồ quang.
ABSTRACT
Arc welding robot is increasingly widely used in industry. Recently in our country there
have been some studies on robot. General components of arc welding robot include:
manipulatior, control systems, teach pendant, welding source and welding accessories. The
control system of industrial robots are now taken as the basis PC (PC base) with a industrial
computer. In the design of industrial robots and arc welding robots, design of manipulator is
very important, which affect the ability to work and the precision of the robot. In this paper
author presents the calculation method, choose the motor servo and gearbox for manipulator
of arc welding robot with 6 degrees of freedom and testing method of strength and
deformation of the links.
Keywords: Manipulatior, Robot, Arc welding.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Rô bốt hàn hồ quang yêu cầu tải trọng có ích không lớn (5kg) nhưng phải đảm bảo tính
linh hoạt khi vận hành. Do vậy, hầu hết các hãng chế tạo rô bốt đều sử dụng tay máy kiểu
chuỗi động hở với 6 khâu động và 1 khâu cố định (khâu 0).
Sơ đồ động học và hình ảnh tay máy rô bốt hàn hồ quang như trên Hình 1.

59


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 1. Sơ đồ động học và hình ảnh tay máy rô bốt hàn hồ quang
Trong đó:
Khâu 0: cố định, được bắt chặt vào đế rô bốt
Khâu 1: ăn khớp với khâu 0 bằng khớp bản lề
Khâu 2: ăn khớp với khâu 1 bằng khớp bản lề
Khâu 3: ăn khớp với khâu 2 bằng khớp bản lề
Khâu 4: ăn khớp với khâu 3 bằng khớp bản lề
Khâu 5: ăn khớp với khâu 4 bằng khớp bản lề
Khâu 6 (mỏ hàn): ăn khớp với khâu 5 bằng khớp bản lề
Các khâu của rô bốt đều quay quanh trục của nó, các biến khớp: q1 , q2 , q3 , q4 , q5 , q6 .
Do tay máy rô bốt có 7 khâu và 6 khớp nên việc tính toán cho tất cả các khâu, khớp sẽ
không đủ trình bày trong phạm vi bài báo này. Do vậy tác giả sẽ trình bày chi tiết việc tính
toán thiết kế cho một khâu và một khớp điển hình (khớp 6 và khâu 4), đối với các khâu, khớp
còn lại việc tính toán sẽ được tiến hành tương tự.
2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHỚP 6
Khớp 6 là khớp giữa khâu 6 và khâu 5. Sơ đồ động học khớp 6 đưa ra trên Hình 2.
Động cơ servo M6 dẫn động qua bộ truyền đai răng, bộ truyền bánh răng côn xoắn, hộp giảm
tốc bánh răng sóng đến tải là khâu 6 (mỏ hàn).
2.1. Sơ đồ động học khớp 6
Động

cơ

Bộ truyền
đai

Bộ truyền
BR côn
xoắn

Hộp giảm
tốc BR
sóng

M6

iđ

ibrc

ihgt

Hình 2. Sơ đồ động học khớp 6
60

Tải
(Khâu 6)
Khâu 6


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

+ Tải trọng có ích: G 6-max = G max = 6 kg. Theo yêu cầu thì tải trọng có ích ≥ 5kg, ở đây
tác giả chọn là 6kg.
=> Trọng lực của tải: F G = g*G 6 = 9.81 * 6 = 58.86 (N)
+ Cánh tay đòn trọng tâm khâu 6 đối với trục khớp 6 (lấy từ bản vẽ thiết kế khâu 6):
L 6 = G y = 50.718 mm ≈ 0.051 m
+ Momen xoắn tĩnh đối với trục khớp 6:
T6t = FG ∗ L6 = 58.86 ∗ 0.051 = 3.002 (N. m)

+ Momen quán tính đối với trục khớp 6 (lấy từ bản vẽ thiết kế khâu 6):
I6 = IzoA = 0.021 kgm2

+ Gia tốc khi khởi động hoặc dừng của khâu 6:
ε6 =

𝜔𝜔6−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝜔𝜔0 10.82 − 0
=
= 108.2 rad/s2
0.1
t1

+ Momen xoắn động đối với trục 6 gây bởi gia tốc:

T6đ = I6 ∗ ε6 = 0.021 ∗ 108.2 = 2.3 Nm

Khi đó, momen xoắn đối với trục khớp 6:

T6 = T6t + T6đ = 3.002 + 2.3 = 5.302 Nm

Hình 3. Đồ thị đặc tính tải khớp 6
Miêu tả:

- Trong khoảng thời gian t 1 , tốc độ tăng từ 0 lên đến tốc độ n 2 và momen xoắn tăng từ 0
lên đến T 1 . Sau khoảng thời gian 0.5t 1 , momen xoắn xác lập giá trị là T 1 và duy trì đến khi
tốc độ tăng tuyến tính sát với giá trị yêu cầu n 2 , lúc đó T 1 giảm để chuẩn bị ổn định momen
yêu cầu là T 2 <T 1 và tránh hiện tượng vượt tốc n i >n 2 .
- Chế độ hoạt động với momen giữ là T 2 và tốc độ quay là n 2 trong khoảng thời gian t 2 .
- Chế độ giảm tốc diễn ra trong khoảng thời gian t 3 , tốc độ giảm từ n 2 xuống 0, để thực
hiện điều này cần đặt vào trục quay một vector momen âm T 3 (ngược chiều vector quay) để
hãm quá trình chuyển động. Sau khi xác lập giá trị momen T 3 và duy trì trong một khoảng
thời gian nhất định, để giá trị tốc độ n i =0 và tránh hiện tượng hụt tốc (quay ngược chiều) lúc
đó T 3 sẽ được điều chỉnh giảm xuống để khi n = 0 thì T 3 = 0.
- Sau khoảng thời gian (t 1 + t 2 + t 3 ) sẽ kết thúc một chu kỳ tải và chuẩn bị bước sang
chu kỳ tải tiếp theo. Thời gian chuyển tiếp giữa 2 chu kỳ tải là t 4 , momen xoắn trong giai
đoạn này là T 4 = 0 (không đặt tải).
61


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
2.2. Chế độ làm việc của khớp 6
Bảng 1. Chế độ làm việc của khớp 6
Chế độ

Momen xoắn
(N.m)

Tốc độ
(vg/ph)

Tốc độ
(rad/s)

Thời gian
(s)

Khởi động

T 1 = 5.302

n 1 = 51.67

t 1 = 0.1

Duy trì

T 2 = 3.002

n 2 = 103.33

𝜔𝜔6−1 = 5.4

Giảm tốc

T 3 = 5.302

n 3 = 51.67

t 3 = 0.1

Chuyển tiếp

T4 = 0

n4 = 0

𝜔𝜔6−3 = 5.4

Sự cố

T em = 13.255

n em = 103.33

𝜔𝜔6−𝑒𝑒𝑒𝑒 = 10.82

t em = 0.05

2.3. Tính toán chọn hộp giảm tốc khớp 6

𝜔𝜔6−2 = 10.82

t 2 = 0.2

𝜔𝜔6−4 = 0

t 4 = 0.2

- Tốc độ đầu ra yêu cầu lớn nhất: 103.33(vg/ph).
- Tốc độ đầu vào dự kiến lớn nhất: 6000 (vg/ph).
+ Momen xoắn trung bình đầu ra [1]:

3

𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎−6 = �

𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎−6

10
3

10

∑𝑛𝑛 𝑡𝑡𝑖𝑖 ∗ 𝑛𝑛𝑖𝑖 ∗ 𝑇𝑇𝑖𝑖 3
= � 𝑖𝑖=1 𝑛𝑛
∑𝑖𝑖=1 𝑡𝑡𝑖𝑖 ∗ 𝑛𝑛𝑖𝑖

0.3∗51.67∗5.3023 +3∗103.33∗3.0023 +0.4∗51.67∗5.3023
0.3∗51.67+3∗103.33+0.4∗51.67

= 3.41 (𝑁𝑁. 𝑚𝑚)

𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎−6 = 3.41 𝑁𝑁𝑁𝑁 < 26 𝑁𝑁𝑁𝑁 (ứng với hộp giảm tốc SHF-17-50 dự kiến chọn) [1]
+ Tốc độ trung bình đầu ra:

𝑛𝑛𝑜𝑜−𝑎𝑎𝑎𝑎

∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑛𝑛𝑖𝑖 ∗ 𝑡𝑡𝑖𝑖
=
∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑡𝑡𝑖𝑖

0.3 ∗ 51.67 + 3 ∗ 103.33 + 0.4 ∗ 51.67
≈ 74 𝑣𝑣𝑣𝑣/𝑝𝑝ℎ

0.3 + 4 + 0.4
Xác định tỷ số truyền:
𝑛𝑛𝑜𝑜−𝑎𝑎𝑎𝑎 =

𝑅𝑅 =

𝑛𝑛𝑖𝑖−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
6000
=
= 58.1 > 50
𝑛𝑛𝑜𝑜−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 103.33

𝑛𝑛𝑖𝑖−𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑅𝑅 ∗ 𝑛𝑛𝑜𝑜−𝑎𝑎𝑎𝑎 = 50 ∗ 77.5 = 3875 𝑣𝑣𝑣𝑣/𝑝𝑝ℎ

𝑛𝑛𝑖𝑖−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑅𝑅 ∗ 𝑛𝑛𝑜𝑜−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 50 ∗ 103.33 = 5167 𝑣𝑣𝑣𝑣/𝑝𝑝ℎ

+ Tốc độ trung bình đầu vào:
+ Tốc độ đầu vào tối đa:

𝑛𝑛𝑖𝑖−𝑎𝑎𝑎𝑎 = 3875 𝑣𝑣𝑣𝑣/𝑝𝑝ℎ

𝑛𝑛𝑖𝑖−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 5167 𝑣𝑣𝑣𝑣⁄𝑝𝑝ℎ < 7300 𝑣𝑣𝑣𝑣/𝑝𝑝ℎ (phù hợp với hộp giảm tốc SHF-17-50-2A)
+ Kiểm nghiệm giới hạn momen xoắn:

𝑇𝑇1 = 5.302 𝑁𝑁𝑁𝑁 < 34 𝑁𝑁𝑁𝑁 (phù hợp với hộp giảm tốc SHF-17-50-2A)

𝑇𝑇3 = 5.302 𝑁𝑁𝑁𝑁 < 34 𝑁𝑁𝑁𝑁 (phù hợp với hộp giảm tốc SHF-17-50-2A)
62

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
+ Kiểm nghiệm momen xoắn quá tải:
𝑇𝑇𝑒𝑒𝑒𝑒 = 13.255 𝑁𝑁𝑁𝑁 < 70 𝑁𝑁𝑁𝑁 (phù hợp với hộp giảm tốcSHF-17-50-2A)
+ Tính số vòng quay cho phép khi chạy ở chế độ quá tải:
𝑁𝑁𝑒𝑒𝑒𝑒

60 ∗ 104
60 ∗ 104
=
=
= 1165 < 1.0 ∗ 104
2 ∗ 𝑛𝑛𝑒𝑒𝑒𝑒 ∗ 𝑅𝑅 ∗ 𝑡𝑡𝑠𝑠 2 ∗ 103 ∗ 50 ∗ 0.05

(thoả mãn theo yêu cầu) [1]

Từ các tính toán ở trên chọn hộp giảm tốc khớp 6 là hộp giảm tốc bánh răng sóng, ký
hiệu SHF-17-50-2A [1].
+ Tính tuổi thọ của hộp giảm tốc:
10

𝑇𝑇𝑟𝑟 3
𝑛𝑛𝑟𝑟
𝐿𝐿ℎ = 𝐿𝐿𝑛𝑛 ∗ � � ∗ �
�
𝑇𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎
𝑛𝑛𝑖𝑖−𝑎𝑎𝑎𝑎

Trong đó:

- Ln là tuổi thọ định mức của nhà sản xuất: L n = 7000 (h)

- T r là momen xoắn định mức của nhà sản xuất: T r = 16 (Nm)
- n r là tốc độ chạy định mức của nhà sản xuất: n r = 2000 (vg/ph)
- Lh là tuổi thọ dự kiến của hộp giảm tốc (h)
- T av là momen xoắn trung bình khi thiết bị hoạt động (Nm)
- n i-av là tốc độ chạy trung bình khi thiết bị hoạt động (vg/ph)
10

16 3
2000
𝐿𝐿ℎ = 7000 ∗ �
� ∗�
� = 329782(ℎ)
4.13
3875
Với đặc tính tải như trên, hộp giảm tốc này hoạt động được 329782 giờ.
Thông số hộp giảm tốc trục 6 được cho trên Bảng 2.

Bảng 2. Thông số hộp giảm tốc trục 6
Model

Size
(mm)

Tỷ số
truyền R

Momen xoắn
tức thời lớn
nhất (N.m)

Tốc độ đầu vào
lớn nhất
(vg/ph)

Độ chính xác
vị trí
-4
(x10 arc/min)

SHF-17-50-2A

17

50

70

7300

4.4

Momen xoắn đỉnh
(N.m)

Momen xoắn trung bình
(N.m)

Momen xoắn định mức
(tại 2000 vg/ph)
(N.m)

34

26

16

Theo [1] ta có:

𝑛𝑛6 = 𝑛𝑛𝑀𝑀6 ∗ 𝑖𝑖đ ∗ 𝑖𝑖𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 ∗ 𝑖𝑖𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻
1

Tỷ số truyền 𝑖𝑖𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 𝑅𝑅+1 , 𝑅𝑅 = 50
Bộ truyền đai: i đ = 1;

Bộ truyền bánh răng côn xoắn: i brc = 1;
Khi đó:
63


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Tốc độ sơ bộ tối đa của động cơ:
𝑛𝑛𝑀𝑀6−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑛𝑛6−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 ∗ (𝑅𝑅 + 1) = 103.33 ∗ 51 = 5269.83(𝑣𝑣𝑣𝑣⁄𝑝𝑝ℎ) < 7300 (𝑣𝑣𝑣𝑣⁄𝑝𝑝ℎ)
(phù hợp với tốc độ đầu vào lớn nhất của hộp giảm tốc đã chọn)

2.4. Tính toán chọn động cơ khớp 6

Phân tích: Từ đồ thị đặc tính tải, trong khoảng thời gian t 1 , tốc độ tăng từ 0 (rad/s) lên
đến tốc độ n 2 (rad/s) và momen xoắn tăng từ 0 (Nm) lên đến T 1 (Nm). Sau khoảng thời gian
t 1 /2 (s), momen xoắn xác lập giá trị là T 1 (Nm) và duy trì đến khi tốc độ tăng tuyến tính sát

với giá trị yêu cầu n 2 , lúc đó 20% thời gian cuối của t 1 dùng để xác lập momen xoắn yêu cầu
là T 2 và tránh vượt tốc n 2 . Do đó, tại thời điểm 0.8t 1 có giá trị momen xoắn là T 1 (max) và
tốc độ n 1 = 0.8n 2 (vg/ph)
Momen xoắn đối với trục khớp 6:
𝑇𝑇6 = 5.302 𝑁𝑁𝑁𝑁

+ Công suất trên trục 6: 𝑃𝑃6 = 𝑇𝑇6 ∗ 0.8𝜔𝜔6 = 5.302 ∗ 0.8 ∗ 10.82 = 45.9 (𝑊𝑊)

+ Công suất trên trục động cơ:

𝑃𝑃𝑀𝑀6 =

Trong đó:
𝜂𝜂: là hiệu suất truyền động;

𝑃𝑃6
(𝑊𝑊)
𝜂𝜂

2
𝜂𝜂 = 𝜂𝜂𝑜𝑜𝑜𝑜
∗ 𝜂𝜂đ𝑎𝑎𝑎𝑎 ∗ 𝜂𝜂𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 ∗ 𝜂𝜂𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 0.992 ∗ 0.98 ∗ 0.97 ∗ 0.98 = 0.913

− 𝜂𝜂𝑜𝑜𝑜𝑜 = 0.99: hiệu suất bộ truyền ổ lăn

− 𝜂𝜂đ𝑎𝑎𝑎𝑎 = 0.98: hiệu suất bộ truyền đai răng

− 𝜂𝜂𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 = 0.97: hiệu suất bộ truyền bánh răng côn xoắn

− 𝜂𝜂𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 = 0.98: hiệu suất truyền động của hộp giảm tốc bánh răng sóng

Từ thông số sơ bộ:

𝑃𝑃𝑀𝑀6 =

𝑃𝑃6
45.9
=
= 50.3 (𝑊𝑊)
𝜂𝜂
0.913

+ Công suất động cơ sơ bộ: 𝑃𝑃đ𝑐𝑐 = 50.3 𝑊𝑊

+ Tốc độ động cơ sơ bộ tối đa: 𝑛𝑛𝑀𝑀6−𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 5269.83(𝑣𝑣𝑣𝑣⁄𝑝𝑝ℎ)
Chọn động cơ dẫn động trục 6 theo Bảng 3 [3].

Bảng 3. Thông số động cơ trục 6

Số hiệu
động cơ

Công suất
định mức P R
(W)

Tốc độ
định mức
NR
(vg/ph)

Tốc độ tối đa
N max
(vg/ph)

Kích thước
mặt bích LC
(mm x mm)

Đường kính mặt
bích
LB (mm)

R2AA06010F

100

3000

6000

60x60

Đường kính
trục
S (mm)

Chiều dài
ngõng
trục
Q (mm)

Chiều dài
thân động cơ
LL(mm)

Kích thước
lỗ bắt vít mặt
bích LZ
(mm)

𝝓𝝓𝝓𝝓𝝓𝝓−𝟎𝟎.𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎

Chiều cao
động cơ
(LC/2+KL)
(mm)

𝝓𝝓𝝓𝝓−𝟎𝟎.𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎

20

89.5 ± 1

𝝓𝝓𝝓𝝓. 𝟓𝟓

74.6

64

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHÂU 4
3.1. Bản vẽ thiết kế khâu 4

Hình 3. Thiết kế và lắp ghép khâu 4

Hình 4. Thiết kế và lắp ghép cụm khâu 4+5+6

Hình 5. Đặc trưng hình học cụm lắp ghép khâu 4+5+6
Bản vẽ thiết kế chi tiết khâu 4 đưa ra trên Hình 6.

Hình 5. Bản vẽ thiết kế chi tiết khâu 4
65


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2. Kiểm nghiệm bền khâu 4
3.2.1. Chế độ làm việc của khâu 4
Tốc độ trục 4: 2800/s (được lấy theo yêu cầu thiết kế)
280 ∗ 𝜋𝜋
= 4.88 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠
180
280 ∗ 60
⇒ 𝑛𝑛4 =
= 47 𝑣𝑣𝑣𝑣/𝑝𝑝ℎ
360
Chế độ làm việc của khâu 4 đưa ra trên Bảng 4.
⇒ 𝜔𝜔4 =

Bảng 4. Chế độ làm việc của khâu 4

Chế độ

Tốc độ (vg/ph)

Tốc độ (rad/s)

Thời gian (s)

n 1 = 23.5

𝜔𝜔5−1 = 2.44

t 1 = 0.3

𝜔𝜔5−3 = 2.44

t 3 = 0.4

𝜔𝜔5−𝑒𝑒𝑒𝑒 = 4.88

t em = 0.05

Khởi động
Duy trì

𝜔𝜔5−2 = 4.88

n 2 = 47

Giảm tốc

n 3 = 23.5

Chuyển tiếp

𝜔𝜔5−4 = 0

n4 = 0

Sự cố

t2 = 3

n em = 47

t 4 = 0.2

Sơ đồ động học khâu 4 đưa ra trên Hình 6.

Động
cơ

Hộp giảm
tốc BR
sóng

(Khâu 4+5 +6)

M4

ihgt

Khâu
4 +5 + 6

Tải

Hình 6. Sơ đồ động học khâu 4
3.2.2 Đặt tải trọng
Tải trọng đặt lên thân khâu 4 bao gồm:
- Tải trọng L của mỏ hàn: L= 5Kg-> L=50N
- Khối lượng của khâu 6, hộp giảm tốc khâu 6: G 6 = 2Kg -> G 6 =20N
- d6=100+d mm, d=200 mm=0,2mm
Khối lượng của khâu 5 (theo bản vẽ thiết kế khâu 5): G 5 =0,7Kg -> G 5 =7N
- Khối lượng của hộp giảm tốc trục 5 và khớp quay 5: K 5 =10+4=14N
Khối lượng của 2 động cơ trục 5, trục 6: Đ 5,6 =2x20=40N
Với thiết kế sơ bộ ta có khối lượng của bản thân khâu 4: G 4 =4,2Kg -> G 4 = 42N.
Sơ đồ đặt lực như trên Hình 7 tương ứng với vị trí thân khâu 4 chịu tải lớn nhất.

66


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 7. Trọng lượng đặt lên khâu 4
3.2.3. Gán vật liệu
Với vật liệu chế tạo khâu 4 chọn là nhôm hợp kim với các thông số sau:
Module đàn hồi:

6.9e+010

N/m2

Khối lượng riêng:

2700

kg/m3

Giới hạn bền kéo:

68935600

N/m2

Giới hạn chảy:

27574200

N/m2

Hệ số truyền nhiệt:

2.4e-005/K

Độ dẫn nhiệt:

200

W/(m·K)

Nhiệt dung riêng:

900

J/(kg·K)

3.2.4. Đặt vị trí các gối đỡ hoặc liên kết khác
Ở đâu khâu 4 được lắp vào trục quay trên thân khâu 3. Cho nên ta xem như khâu 4 được
ngàm 1 đầu.

Hình 8. Bề mặt liên kết khâu 4

Hình 9. Tải trọng động tác dụng lên khâu 4

3.2.5. Đặt tải lên thân khâu 4
Tải trọng ở trường hợp này gồm 2 thành phần: trọng lực của các chi tiết, momen sinh ra
khi di chuyển các điểm đặt lực. Ở đây ta di chuyển điểm đặt lực của các chi tiết về vị trí khớp
quay 5.
Một thành phần nữa cần phải tính đến là tải trọng động. Tải trọng động này có phương,
chiều và độ lớn thay đổi tùy thuộc vào gia tốc của các khâu. Ta chỉ xét trường hợp tải trọng
động cùng chiều với trọng lực và độ lớn bằng 30% giá trị tải trọng tĩnh.

67


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2.6. Tạo lưới
Ở đây vật thể có hình dạng phức tạp nên ta chọn dạng lưới không gian.

Hình 11. Ứng suất trên khâu 4

Hình 10. Tạo lưới khâu 4
3.2.7. Kết quả

Kết quả tính toán ứng suất trên toàn bộ vật thể được đưa ra trên Hình 11.
Ta nhận thấy hầu hết các điểm trên khâu 4 đều có ứng suất bé hơn rất nhiều so với giới
hạn bền của vật liệu nên khâu 4 làm việc đủ bền. (Ứng suất lớn nhất trên khâu 4 là 13.106
N/m2 so với giới hạn bền kéo của vật liệu chế tạo khâu 4 là 68.9356. 106 N/m2).
4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Phương pháp tính toán chọn hộp giảm tốc và động cơ cho tay máy rô bốt được đưa ra
trong bài báo này là phương pháp tính toán dựa trên các tài liệu hướng dẫn của các hãng chế
tạo hộp giảm tốc và động cơ đang được sử dụng phổ biến trên thế giới. Phương pháp này cho
độ tin cậy và độ chính xác cao. Các kết quả tính toán đã được áp dụng chế tạo thành công tay
máy rô bốt thuộc đề tài nghiên cứu khoa học trọng điểm cấp Nhà nước mã số KC.03.14/1115. Rô bốt đã chế tạo hoạt động tốt, đảm bảo độ chính xác định vị theo yêu cầu.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Harmonic Drive LLC, Precision Gearing and Motion - SHF/SHG Component Sets;
Shinagawa-ku Tokyo 141-0013, Japan.
[2] Nabtesco Motion Control, Inc. USA, High Accuracy & High Precision Cycloidal
Designed Gearboxes - Catalogue RV-E series, 23976 Freeway Park Drive Farmington
Hills, MI 48335.
[3] Sanyo Denki Co.,Ltd, Sanmotion Servo Systems-R Advanced Model, Tokyo-Japan.
ĐỊA CHỈ LIÊN HỆ
PGS. TS. Bùi Văn Hạnh
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
DĐ: 0913 507 234
Email:

68