đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử: Thiết kế hệ thống Thay dao tự động

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa, phát triển khoa học kĩ thuật
là vấn đề quan trọng và cần sự quan tâm lớn. Mỗi ngành như cơ khí, điện tử, tin
học đều có nền tảng khoa học vững chắc và tạo ra các sản phẩm đặc trưng riêng.
Tuy nhiên, yêu cầu của thời đại đặt ra yêu cầu cao hơn về cách hoạt động của máy
móc, yêu cầu máy móc cần phải gọn nhẹ hơn, linh động hơn, uyển chuyển hơn và
thông minh hơn. Việc sử dụng máy móc để thay thế sức lao động của con người là
một xu hướng tất yếu để tăng năng suất lao động, tạo ra nhiều sản phẩm chất lượng
cao.
Máy CNC là một tiến bộ phát triển vượt bậc của nền cơng nghiệp. Sự xuất
hiện của máy CNC đã nhanh chóng làm thay đổi q trình sản xuất cơng nghiệp.
Các đường cong được thực hiện dễ dàng như đường thẳng, các cấu trúc phức tạp 3
chiều cũng được dễ dàng thực hiện và một lượng lớn các thao tác của con người
được giảm thiểu. Việc gia tăng tự động hóa trong q trình sản xuất tạo nên sự
chính xác và chất lượng ngày càng cao. Máy CNC phổ biến hiện nay như: máy tiện
CNC, máy phay CNC, máy cắt laze, máy cắt dây CNC,... Sự tiến bộ của kĩ thuật,
trí thơng minh nhân tạo, điều khiển số tạo ra những máy CNC có nhiều trục chính
như 3, 6 trục chính chuyển động ngày càng linh hoạt và khéo léo.
Đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử này, em sẽ tìm hiểu và thiết kế hệ thống
thay dao trên máy phay CNC. Nhiệm vụ chính là xây dựng sơ đồ động của tồn hệ
thống thay dao, sơ đồ khối thuật tốn điều khiển thay dao; sử dụng phần mềm máy
tính mơ phỏng hoạt động của máy. Do kiến thức còn hạn hẹp và lần đầu tìm hiểu
đồ án, bản báo cáo này khó tránh khỏi những thiếu xót nên em rất mong muốn có
được sự góp ý của thầy cơ.

1

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC
PHẦN 1: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG, QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ
THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG
1. Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động
1.1.

Khái niệm sơ đồ động:

1.2.

Sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động:

1.3. Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động
1.4. Xác định gốc tính tốn cho hệ thống thay dao
2. Thiết kế cơ khí hệ thống thay dao tự động
2.1. Tính tốn Tang chứa dao
2.2. Tí nh tốn cơ cấu Man cho Tang chứa dao
2.3. Tính tốn lựa chọn ổ...............................................................................19
2.4. Tính trục đỡ tang và động cơ...................................................................22
2.5. Tính toán cơ cấu culit.............................................................................23
PHẦN 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO/ LẤY DAO
1. Khái niệm sơ đồ khối thuật toán
2. Sơ đồ khối thuật toán trả dao/ lấy dao (quá trình thay dao)
3. Chương trình định hướng trục chính
4. Chương trình trục chính đi đến điểm chờ thay dao
5. Chương trình tìm hốc dao gần nhất và xoay đài dao
PHẦN 3: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ
ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM SOLID WORKS 2014 ……………….35

Tài liệu tham khảo ………………………………………………………………42

2


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

PHẦN I: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐỘNG, QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ
THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG
1.

Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động
1.1. Khái niệm sơ đồ động

Sơ đồ động của máy là những hình vẽ quy ước biểu diễn ác bộ truyền, các cơ
cấu liên kết với nhau tạo nên các xích truyền động, xác định những chuyển động
cần thiết của máy. Đồng thời trên đó cịn chỉ rõ cơng suất và số vịng quay của
động cơ điện, đường kính bánh đai, số răng của bánh răng, số đầu mối của trục vít,
số răng của bánh vít
1.2.

Sơ đồ động của tồn hệ thống thay dao tự động:

Từ định nghĩa sơ đồ động như trên và phân tích các chuyển động cần
thiết của hệ thống thay dao CNC, cùng với các hình vẽ quy ước ta xây dựng nên sơ
đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động như sau:

1. Tay kẹp dao

6. Động cơ-HGT

2. Chốt Mantit

7. Đĩa Mantit

3. Động cơ-HGT

8. Dẫn hướng

4. Tay quay

9. Trục chính

5. Rãnh dẫn hướng

10. Thân máy

3


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Mô tả hoạt động:
Khi có lệnh thay dao, trục chính (9) đi xuống vị trí thay dao
Tay quay (4) đẩy cụm chứa dao về phía trục chính;
Khi tới cảm biến hành trình cb1_2 (5), xylanh 2 (7) đi ra; tới cảm biến hành trình
cb2_2 (8) <trục chính nhả dao>
Trục chính (11) đi lên
Động cơ điện (10) quay phân độ đĩa (1) để xác định dao cần thay bằng cảm biến
quang (9)

Trục chính (11) đi xuống,
Kẹp dao (2) bằng cách xylanh 2 (7) đi về; tới cảm biến hành trình cb2_1 (6), xi
lanh 1(4) thu
Cảm biến hành trình cb1_1 (3), trục chính (10) đi lên, kết thúc quá trình thay dao.

4


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

1.3. Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động
Các dữ liệu đầu vào
Z: số lượng dao của ổ chứa dao, Z=20
Dmax: đường kính lớn nhất của dao Dmax= 65mm
BT30: loại chuôi dao
M: khối lượng 1 con dao m=6 kg
Dtrc: đường kính trục chính Dtrc= 120mm

Xác định gốc tính tốn cho
hệ thống
Kết cấu thân đỡ của hệ
thống thay dao

Kiểm tra độ an tồn hình
học :
- Kiểm tra đường kính trục
chính khi vào thay dụng cụ
-Kiểm tra lượng mở của
tay kẹp

Kết cấu của thân đỡ
hệ thống thay dao

Vị trí đường tâm của Tang
Xác định bán kính Tang
Xác định chiều cao Tang

Kết cấu của bộ phận chứa
dao :
-kết cấu của Tang

Kiểm nghiệm độ bền của trục

Cơ cấu điều khiển-cơ
cấu Man

-tính tốn cơ cấu kẹp
dao

Tính tốn về lựa chọn ổ đĩa
cơn để đỡ Tang
Lựa chọn ổ bi để đỡ trục

Lựa chọn và bố trí trục dẫn
hướng

xác định bán kính
vịng trịn chứa dao

Tính tốn và lựa chọn động

cơ quay phân độ Tang chứa
dao

Tính tốn hệ thống dẫn
động Tang vào thay dao
– hệ thống xylanh khí
nén

Bản vẽ kết cấu của hệ thống
thay dao tự động

5


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

1.4. Xác định gốc tính tốn cho hệ thống thay dao
Để đảm bảo q trình thay dao với độ an tồn cao ta cần phải xác định một
điểm chuẩn cho hệ thống thay dao, đó là điểm trùng với điểm gốc của trục chính
máy CNC trong q trình thay dao. Điểm này phải đảm bảo sao cho đường tâm
của trục chính và đường tâm của dụng cụ được gọi ra thay phải trùng nhau và phải
đảm bảo hành trình thay dao của trục chính L trục = 130mm và hành trình dẫn hướng
của cơ cấu culit L = 250mm không xảy ra va đập.
Để tính tốn hệ thay dao thì ta cần phải xác định một điểm gốc tính tốn cho
hệ thống. Từ điểm chuẩn thay dao và hành trình của cơ cấu culit L = 250mm, vậy
điểm gốc tính tốn cho hệ thống thay dao cách điểm chuẩn thay dao 250mm.
2. Thiết kế cơ khí hệ thống thay dao tự động
2.1. Tính tốn Tang chứa dao
a_ Bán kính từ tâm của dao đến tâm của Tang chứa dao R0 được xác định :

R0>

C
2π

C : Chu vi của đa giác chứa dao được xác định:
C = 2.Rmax . N = 2.32.20 = 1300 (mm)

Rmax : bán kính lớn nhất của dao Rmax=

Dmax
2

=

65
2

= 32,5 mm

N : số dao của ổ chứa N = 20 dao

Vậy :

R0 >

1330
2π

= 206,9 (mm)

Để giữa các dao có Rmax có khoảng cách ta lấy R0 = 250 mm.
Khi đó chu vi của vịng trịn chứa dao la:
C = 2.π.R0 = 2.3,14.250= 1570,8 (mm)
b_Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong Tang :
Khoảng cách giữa hai tâm của dao có thể xác định gần đúng :

6


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

L=

C 1570,8
=
= 78,5
N
20

(mm)

Khoảng cách giữa các dao có đường kính lớn nhất có thể xác định gần đúng :
L’= L – 2.Rmax = 78,5 – 2.32,5 = 13,5 (mm)
c_Kiểm tra độ an tồn khi trục chính vào thay dao
Để đảm bảo an tồn trong q trình thay dao ta cần kiểm tra xem khi trục chính
vào thay dao số 1 có bị va chạm với các đài dao số 2 và đài dao số 20 hay khơng
Đường kính lớn nhất của trục chính :∅max= 120(mm)
Đường kính lớn nhất của độ cơn đài dao BT30 là:∅C = 31,75(mm)
Khoảng cách giữa tâm các đài dao L = 78,5 (mm)

Ta đi xác định khoảng cách từ tâm đài dao số 1 đến độ côn của các đài dao số 2
và đài dao số 20 la LT.

L−
LT=

∅c
=
2

78,5 -

31.75
2

=62,63 (mm)

Để trục chính khơng va chạm vào các đài dao xung quanh thì phải thoả mãn điều

kiện sau :

120
=
2

∅ Trc
< LT
2

60<62,63

→ Vậy thoả mãn điều kiện.
d_Lựa chọn cơ cấu kẹp dao trên Tang
Để trục chính tham gia vào thay dao được chính xác thì dao cần có một vị trí
xác định trên Tang chứa dao.Vậy ta cần hạn chế 5 bậc tự do của dao trên Tang.
Để kẹp dao lên Tang ta có thể dùng hệ thống kẹp dao của hệ thống thay dao
tự động của trung tâm gia công CNC_V30.Hệ thống kẹp dao gồm :Tay kẹp
trái_Tay kẹp phải_Chốt định vị_và một loxo tạo ra lực kẹp dao.
Các thơng số hình học của tay kẹp :
7


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Các thông số của tay kẹt
Các thơng số hình học tấm định vị

8


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Thông số hình học của tấm định vị
Dao sẽ có khoảng cách xác định so với đường tâm của Tang mang dao nhờ
tấm đi vị hạn chế 1 bậc tự do theo phương ngang và cơ cấu kẹp tự định tâm.
Quá trình kẹp dao:

Quy trình kẹp dao
Tính tốn khe hở giữa các tay kẹp dao
Ta có thể xác định gần đúng theo cơng thức hình học

C = N.(2r + 2H + L)

(*)

Trong đó :
C : chu vi vịng trịn từ tâm dao đến đường tâm của Tang : C = 1381,6 (mm)

r : bán kính cổ chỗ kẹp đài dao : r =

∅ C 31,75
=
= 15,875
2
2

(mm)

H : chiều dày kẹp dao : H = 23 (mm)
L : khe hơ cần tính để tránh va đập giưa các tay kẹp
9


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

N : số dao kẹp Tang có thể chứa

L=
Từ (*)→

C

1381,6
− 2r − 2h =
− 2.15,875 − 2.23 = 8,6
N
16

(mm)

Kiểm tra khi tay kẹp mở
Khi thay dao tay kẹp sẽ xoay quanh điểm O 1một góc α = 5o vậy lượng mở thêm
của tay kẹp ứng với điểm cách xa O1 nhất :
Lk≈ 83.tgα≈ 83.tg5o≈ 7,26 < 8,6(mm)
Vậy các tay kẹp không bị va chạm vào nhau trong q trình thay dao.
e_Tính tốn các thơng số hình học của Tang
Tính bán kính vịng ngoài của Tang R1:
R1 = R0 – h – Rmaxd
Trong đó :
R0 : bán kính từ tâm dao đến đường tâm Tang R0= 220(mm)
h : Lượng nhô ra của tấm định vị so với Tang h = 16(mm)
∅

Rmaxd: bán kính lớn nhất của đài dao Rmaxd=

max d = 46 = 23
2
2

(mm)

R1= 220 – 16 – 23 = 181 (mm)

Lấy R1= 180 (mm).
Bán kính vịng trong của Tang R2:
Để có khơng gian cho tay kẹp di chuyển va lắp ghép lò xo để tạo ra lực kẹp ta
cần phải xác định bán kính vịng trong của Tang R2
R2< R1 - Lk –L
L : khoảng cách từ chốt tay kẹp đến vòng trịn ngồi của Tang L = 16 (mm)
Lk : Chiều dài chuôi tay kẹp Lk= 58 (mm)
R2< 180–58 – 16 = 106(mm)
Lấy R2= 100 (mm)
→ Vậy kết cấu hình học của đĩa Man :
10


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Tính kích thước chiều cao Tang

∆

H=E+f+ H
H: chiều cao tang
E : chiều dài chuôi dao BT30
Theo tiêu chuẩn lấy E=70,4mm
F: chiều dài thành tang ,lấy f=30mm

∆

H : chiều cao dự phòng. Lấy

∆

H=45mm

Vậy ta có H= 70,4+30+45=145,4. Lấy H=150mm
→ Vậy kết cấu hình học của đĩa Man
2.2. Tính tốn cơ cấu Man cho Tang chứa dao
a.

Tính tốn các thơng số hình học của cơ cấu Man

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu Man :
Cơ cấu Mante là cơ cấu dùng để biến chuyển động quay liên tục của đĩa O 2
thành chuyển động quay gián đoạn của đĩa O 1. Chuyển động gián đoạn của đĩa O 1
chính là chuyển động quay phân độ các vị trí của các đài dao tham gia vào vị trí
thay dao.Thường số rãnh trên đĩa Man là Z = 4,6,8,...,16,18,24..
Với hệ thống thay dao gồm có 20 đài dao vậy ta cần tính cơ cấu Man với số
rãnh là : Z = 20
Bán kính vịng ngồi của đĩa Man R = R2 +l
Với l là lượng nhô ra của đĩa Man so với vòng trong của Tang
lấy l=20 (mm)
R=100+20=120 (mm)

11


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Ο1
ψ

α

ϕ

β

Ο2

ω®

ω = const

12


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ



13


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ


Hình: Sơ đồ tính tốn cơ cấu Man
Điều kiện bắt buộc đểchống va đập là :
α + β = 90o
Trong đó góc α được xác định theo số rãnh của đĩa Man là Z = 16 rãnh:
α=

2π 360o
=
= 11,25o
Z
16.2

Do đó :

π π 180o 180o
β= − =
−
= 78,75o
2 Z
2
16
Khi thiết kế góc 2αT thực tế nhận được là tích số của góc 2α đã cho trước với tỷ
số truyền động i của cơ cấu Man :
2αT = 2.α.i
Ở đây 2αT là góc quay thực tế.
Khi quay góc 2αT sau một thời gian tT thì thời gian của cơ cấu Man t m sau một
góc 2α có thể tính :
tm =

tT
i

Ta có tỷ số giữa thời gian quay của đĩa Man tm và thời gian khơng quay của nó
tolà :
tm Z − 2

=
to Z + 2
Khi cần Man quay với tốc độ đều ω = const thì thời gian quay đúng một vịng
là :

T=

60
n

giây

Trong đó n : số vịng quay/phút của cần chính là số vịng quay của động cơ
bước.
Ta có :

14


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

tm β Z − 2
= =
T π
2Z

tm =

Z −2
Z − 2 60

.T =
.
2Z
2Z n

n=

Z − 2 30
.
Z tm

(vịng/phút)

Các thơng số hình học của cơ cấu Man được xác định :
Khoảng cách giữa trục cần và trục đĩa Man L :

L=

R
120
=
= 122,35
cosα cos11,25

(mm)

Lấy L = 123(mm)
Chiều dài của rãnh đĩa Man :
h = L(sinα + cosα - 1) + r
h = 123(sin11,25o+ cos11,25o- 1) + 6 = 27,63 (mm)

Lấy h = 28(mm)
Bán kính quỹ đạo cần :
Rc = L.sinα = 123.sin11,25o =24 (mm).
b.

Tính tốn động học của cơ cấu Man

Xác định góc ψ của đĩa Man khi cần quay được một góc ϕ :
tgψ =

λ .sin ϕ
1 − λ cosϕ

λ=
Trong đó :

Rc L. sin α
=
= sin α
L
L

Vậy Tốc độ của đĩa Man có thể viết :
ωd =

dψ d 
λ sin ϕ 
λ (cos ϕ − λ )
=  arctg
.ω

 =
dt dt 
1 − λ cos ϕ  1 − 2λ cos ϕ + λ2

15


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

ωd =

sin α (cos ϕ − sin α )
.ω
1 − 2 sin α cos ϕ + sin 2 α

Với α = 11,25o thì:
ωd =

0,195(cos ϕ − 0,195)
.ω
1,038 − 0,39 cos ϕ

Gia tốc của đĩa Man :
d 2ψ
λ (1 − λ2 ) sin ϕ
εd = 2 =
.ω 2
2 2
dt
(1 − 2λ cosϕ + λ )

± sin α . cos2 α .sin ϕ
εd =
.ω 2
2
2
(1 − 2 sin α cosϕ + sin α )

Khi bắt đầu và kết thúc thì ϕ = π/2 - α :
ωđ= 0
± sin α . cos3 α
εd =
.ω 2 = ±ω 2 .tgα
2
2
(1 − 2 sin α sin α + sin α )

Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi
2

 λ2 + 1 
λ2 + 1
 + 2 −
cosϕ = 
= 0.6113
4
λ
4
λ



→ϕ = 52,3169o
Vận tốc góc lớn nhất khi ϕ = 0o

ωd =

sin α .ω
1 − sin α

(rad/s)

Vậy khi cần Man quay đều với vận tốc góc ω thì đĩa Man sẽ quay khơng đều với
vận tốc góc ωđ và có gia tốc là εđ,và có vận tốc lớn nhất khi ϕ = 0o và gia tốc lớn
nhất khi ϕ = 52,3169o khi đó ψ = 9,95o
Với thời gian thay dao hệ thống là :3/7 (s)
Trong đó :
-

T = 3 (s) là thời gian thay dao nhanh nhất của hệ thống khi dao cần thay ở
gần vị trí thay dao nhất.
16


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

T = 7 (s) là thời gian thay dao lâu nhất của hệ thống khi dao cần thay ở xa vị

-

trí thay dao nhất.
Thời gian thay dao của hệ thống gồm :

T = Txl + Ttrc + Tt + Ttr= 3 (s)
Txl = 1 (s) thời gian hành trình xylanh vào thay dụng cụ
Ttr = 0,5 (s) thời gian truyền tín hiệu
Ttrc = 1 (s) thời gian hành trình trục chính vào thay dụng cụ
Tt = tm+to= 0.5 (s) thời gian thay đồi một vị trí của Tang
Ta đi tính gia tốc góc và vận tốc góc cho đia Man.
t m Z − 2 16 − 2 14
=
=
=
to Z + 2 16 + 2 18
t o + t m = 0.5

→tm= 0,22(s) ; to = 0,28(s)
Số vòng/phút của cần được xác định :
n=

Z − 2 30 14 30
. = .
= 119.3
Z t m 16 0,22

(vịng/phút)

Vận tốc góc của cần ωc :
ωc =

π .n 3,14.119.3
=
= 12,49

30
30

(rad/s2)

Vận tốc và gia tốc góc ở vị trí bắt đầu và kết thúc của đĩa Man :
ωđ= 0

ε d = ±ω 2 .tgα = ±12,492.tg11,25o = ±31,03

(rad/s2)

Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi
2

 λ2 + 1 
λ2 + 1
 + 2 −
cos ϕ = 
= 0.6113
4λ
 4λ 

→ϕ = 52,3169o

17


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

εd =

± sin11,25 o. cos 2 11,25 o. sin 52,3169 o
.12,492 = ±36,24
o
o
2
o 2
(1 − 2 sin11,25 cos 52,3169 + sin 11,25 )

(rad/s2)

Vận tốc góc lớn nhất khi ϕ = 0o
sin 11,25o.12,49
ωd =
= 3,03
1 − sin 11,25o

(rad/s)

Biểu đồ sự phụ thuộc vận tốc góc và gia tốc góc của đĩa man vào góc ᴪ
c.

Tính tốn động lực học của cơ cấu Man

Khối lượng của Tang chứa dụng cụ :
GT= GĐ+16.GK+16.GD+G
Trong đó:
GĐ: khối lượng của đĩa man gắn với Tang là : 32 (kg)
GK: khối lượng của cơ cấu kẹp dao :GK= 2.GT+GC

GG= 2.0,35 + 0,1 = 0,8 (kg)
GD: khối lượng của một đài dao : 5 (kg)
G : khối lượng của các chi tíêt phụ lấy :10 (kg)
GT= 32 + 16.0,8 + 16.5+ 10 = 134,8 (kg)

18


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Xét các lực tác dụng lên đĩa Man trong quá trình làm việc
Vậy trọng lượng của Tang chứa dụng cụ là :
PT = G.g = 134,8.9,81 = 1322 (N)

ω®
Ο1

ψ

P

α

ϕ

+

ψ

P

Pϕ

ms

β

®

Ο2
ω = const
Hình2. 1. Sơ đồ tính động lực học cơ cấu Man
Sơ đồ phân bố lực trên cơ cấu Man
Trong đó :
Pđ : Lực do cần khi quay tác dụng lên rãnh của đĩa Man
Pms: Lực masát tạ ổ côn do trọng lượng của Tang tạo ra
Pms= PT.f = 1322.0,02 = 26,44 N
f = 0,02 Hệ số ma sát của ổ đũa côn đỡ chặn
P : Lực của cần
Ro: Bán kính trung bình của ổ cơn = 82,5 mm
Phương trình cân bằng momen với đĩa Man ứng với lúc đĩa Man có gia tốc lớn
nhất :
16.J.εđmax= Pđ.E – Pms.Ro
19


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Với :
J : Mơmen qn tính do khối lượng của một dụng cụ với đương tâm của Tang
J = Jdc + d2.Gdc = 8,1.103 + 2202.5= 250,1.10-3 (kg.m2 )

g : gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2
d : khoảng cách từ tâm dụng cụ đến tâm của Tang chứa dao là 220 mm
εmax= 36,24 rad/s2 gia tốc góc lớn nhất của đĩa Man khi ϕ = 52,3169o

E = L2 − 2 L.r.cosϕ + r 2 =

110 (mm).

→ Pđ = 1338(N)
Vậy lực tác dụng lớn nhất lên cần gạt trong quá trình thay dao là:
Pc = Pđ = 1338 (N)
Mômen tác lên trục của cần gạt :
M = Pc.r = 1338.24 =32112(Nmm)
Công suất lớn nhất trên cần :

N=

M .n
32112.119,3
=
= 401(W )
9,55.106
9,55.106

Tính tốn và lựa chọn động cơ
Công suất động cơ được xác định theo công suất của cần

N dc =

N 401

=
= 409
η 0,98

(W) (Chọn động cơ có cơng suất 550W).

Theo bảng P1.3 các thông số kỹ thuật của động cơ 4 A ( Tính tốn thiết kế hệ dẫn
động cơ khí tập 1) ta chọn

Kiểu động Công suất Vận tốc
cơ

kW

Vg/ph

cos

ϕ

η

%

Tmax
Tdn

Tk
Tdn

20


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

2p=8 ;ndb=750 vg/ph
4A80B8Y3 0,55

675

0,65

64

1,7

1,6

e.tính tốn hộp số:
Như trên ta chọn động cơ có tốc độ quay n đc=675 vg/ph mà vận tốc cần thiết của
tay gạt là n=119,3 vg/ph
Vậy ta chọn hộp giảm tốc có tỷ số truyền là 675/119,3=5.66
2.3. Tính tốn và lựa chọn ổ lăn
Với kết cấu của hệ thống thay dao ta dùng một ô lăn dạng ổ bi đỡ một dãy và
một ổ lăn dạng ổ đũa côn. Ổ bi chỉ chịu tác dụng của lực hướng tâm,còn ổ côn chịu
tác dụng của lực hướng tâm và lực dọc trục. Ở đây lực hướng tâm không lơn lắm
so với lực dọc trục nên ta chỉ tính tốn cho ổ cơn cịn ổ bi ta lấy theo kích thước
của ổ cơn.

Hình2. 2. Sơ đồ bố trí ổ lăn trên hệ thống thay dao

a. Lựa chọn loại ổ lăn :
Với kết cấu của cơ cấu chứa dao ta thấy ổ lăn chỉ phải chịu tác dụng của lực dọc
trục,còn lực hướng khá nhỏ nên ta có thể bỏ qua.Vậy ta dùng ổ đũa cơn đỡ chặn.
b. Chọn sơ bộ kích thước ổ :

21


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Với kết câu của Tang chứa dao ta lựa chọn ổ đũa côn cỡ đặc biệt nhẹ 2007113
( theo GOST 333-71 ) với các thơng số : đường kính trong d 1= 65mm ; đường kính
ngồi D = 100 mm , khả năng tải động C = 52,9 kN , khả năng tải tĩnh Co= 51,3 kN
c. Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ :
Ổ chỉ chịu tác dụng của trọng lượng của Tang và dụng cụ được gá đặt trên Tang.
Với hệ thống thay dao tự động không hoạt động liên tục, Tang quay với vận tốc
lớn nhất là ω = 3,5rad/s,số vòng quay n = 8,6 vòng/phút,với mỗi lần hoạt động
Tang chi quay 1 đến 2 vòng , nên ta chỉ kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh cho ổ .

G

Fỉ

Hình2. 3. Sơ đồ phân bồ lực
Sơ đồ bố trí lực trên ổ
Trong đó :
G = 1322 N : trọng lượng của Tang
Fổ : phản lực tại ổ.
Ta kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của ổ theo điều kiện sau :
QT≤ Co

Với QT : Tải trọng tĩnh được tính theo công thức :
QT= Xo.Fr+ Yo.Fa.
Xo , Yo: Hệ số tải trọng hướng tâm và hệ số tải trọng dọc trục
Xo = 0,5 , Yo= 0,22.cotgα = 0,22.cotg14,08o = 0,877
Fr : lực hướng tâm ≈ 0
Fa : lực dọc trục Fa = G = 1322 N

22


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

QT= 0,5.0 + 0,877.1322= 1159N < 51,3.103N
Vậy ổ lăn đủ bền.
d. Lựa chọn ổ bi lăn :
Với các thông số của ổ côn : d1= 65mm , D = 100 mm
Ta lựa chọn ổ bi đỡ một dãy loại 113 (theo GOST 8338-75) với các thông số của ổ
(bảng P2.2 trang 254)
d = 65mm , D = 100mm , B = 18 mm , C = 24,1 kN , Co = 20 kN.

2.4. Tính tốn trục đỡ Tang
Đường kính trục đỡ Tang được lấy theo đường kính trong của ổ lăn và bằng :
D = 65 mmChọn sơ bộ đường kớnh trong của trục là d=30mm
Ta đi kiểm nghiệm độ bền của trục :
Trục đỡ Tang chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục do khối lượng của Tang và dụng
cụ là PT = 1322 N). Vậy ta chỉ đi kiểm nghiệm độ bền kéo của trục

P

T

Hỡnh 2. 4. Sơ đồ bố trớ lực trờn trục đỡ Tang

23


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Vật liệu của trục là thộp CT5 cú giới hạn bền là σb = 550 MPa , giới hạn chảy là
σch = 280 MPa.
Để kiểm nghiệm độ bền của trục ta tớnh theo cụng thức :

PT
≤ [σ ]
F

σk =

Với

(652 − 302 ).π
F=
4

= 2611 mm2= 26,11 cm2

1322.10−6
σk =
= 0,5MPa ≤ 280 MPa
26,11.10−4

Vậy trục thoả món điều kiện bền.
Biến dạng dài của trục ∆l được tớnh theo cụng thức :

PT .L 1045,7.19,8.10 −3
∆l =
=
= 4.10−5 cm = 4.10−4 mm
4
E .F
2.10 .26,11
Trong đú:
L =198 mm : chiều dài trục
E = 2.104 kN/cm2 : mụđun đàn hồi của thộp

2.5.

Tính chọn cơ cấu Culit

Số liệu đầu vào :
Khối lượng tang dao M = 203,5 kg, hành trình H = 250 mm
Thời gian tang dao từ vị trí khơng hoạt động vào vi trí thay dao T =1s
u cầu tính chọn động cơ cho cơ cấu Culit di chuyển Tang dao
Nguyên lý hoạt động
Tay quay OA= l quay đều quanh O với vận tốc góc ω làm chốt A chuyển động
trong rãnh k tạo ra chuyển động tịnh tiến theo phương ngang

24


ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Tang chứa dao gắn với cu-lit K
Để tránh điểm chết φ = và φ =
Ta thiết kế cơ cấu sao cho điểm cuối hành trình φ = so với mặt phẳng qua O
Khi tang dao ở vị trí khơng hoạt động và vị trí thay dao, tay quay OA đều tạo
với mặt phẳng góc Hành trình H = 250 mm
= 250

Chọn l = 135 mm
Tính mơ men
Khối lượng của tang dao tối đa m = 203,5 kg
Chọn khối lượng cu-lit và các chi tiết phụ

Tổng khối lượng M = 230 kg
Tìm vận tốc của cơ cấu
Tang dao được gắn trên cơ cấu cu-lit chuyển động từ trạng thái đứng yên v = 0
Hành trình H =250 mm =0,25 m, trong khoảng thời gian 1s
gia tốc của cơ cấu :
A = = 0,5 (m/)
Xét tại điểm cuối hành trình :
Khi tang dao từ vị trí khơng hoạt động vào vị trí thay dao
Với
25