CHƯƠNG 4 Phân tích, thiết kế hướng dẫn đầy đủ làm đồ án, luận văn tốt nghiệp ngành nônglâm ngư, kĩ thuật, cơ khí, chủ đề MÁY CẤY LÚA.

CHƯƠNG 4

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỘ PHẬN CÔNG TÁC CHÍNH
4.1 Cơ cấu tay cấy:
4.1.1 Xác định kích thước động các khâu của cơ cấu:
-Chọn khâu ngắn nhất làm khâu quay toàn vòng(khâu dẫn),khâu kề khâu ngắn nhất làm giá
-Cho trước kích thước khâu dẫn AB = 50mm, kích thước và vị trí ban đầu của thanh truyền
như hình vẽ:

Hình 4.1 Kích thước các khâu
Ta đo được khoảng cánh từ F đến B là:188,5mm.Vậy không gian mà đầu tay cấy có khả
năng với tới là hình vành khăn có bán kính ngoài là (AB+BF)=238.5mm tâm đặt tại A,và
bán kính trong là (BF-AB)=138,5mm
-Chọn vị trí thấp nhất của dàn chứa mạ có tọa độ (210;65).
Theo yêu cầu thì mỗi lần tay cấy xé mạ thì tách được khoảng 1cm 2.ta giả xử dàn chứa mạ
nghiêng góc 45 độ thì khi đó ta tìm được tọa độ thứ 2 của đầu tay cấy là (220;70),đây là tọa
độ tay cấy bắt đầu tách mạ.
-Chọn tọa độ thứ 3 tại vị trí (140;0)
Vị trí của các điểm cơ bản được thể hiện trên hình vẽ sau:

Trang 12


CHƯƠNG 4

Ta cần tổng hợp cơ cấu thông qua các kích thước và vị trí đã cho.Để dễ dàng ta sử dụng
phương pháp họa đồ.
Phương pháp tổng hợp như sau:
Bước 1:Tại vị trí F1 vẽ đường tròn bán kính FB,(F1,FB) cắt (A,AB) tại B1.Khi đó AB1 là vị
trí khâu dẫn tại vị trí số 2.
Bước 2:Vẽ (F1,FE) cắt (B1,BE) tại E1

Bước 3:Vẽ (F1,FC) cắt (E1,EC) tại C1
Bước 4:Nối C1B1E1F1 ta được thanh truyền ở vị trí số 2
Bước 5:Nối CC1,sau đó vẽ đường trung trực của CC1
Tương tự ta có thanh truyền C2B2E2F2 ở vị trí số 3,sau đó ta nối C1C2 rồi vẽ trung trực của
C1C2.Hai đường trung trực này cắt nhau tại D là điểm cần tìm.

Trang 13


CHƯƠNG 4

Cuối cùng ta nối DC và DA: Ta có DC=97,93~98mm và AD= 138,49 ~ 138,5 mm

Trang 14


CHƯƠNG 4

Sau khi tổng hợp cơ cấu ta được các kích thước như sau :

Bằng phương pháp họa đồ ta vẽ được quỹ đạo đầu tay cấy F khi khâu dẫn AB quay được 1
vòng như sau:

Hình 4.2 Quỹ đạo của đầu tay cấy

Trang 15


CHƯƠNG 4

4.1.2 Phân tích động học cơ cấu chính:
Mục đích:
Mục đích việc phân tích động học cơ cấu là ta đi xác định họa đồ vận tốc và gia tốc của
8 vị trí khi máy hoạt động; từ đó ta xác định được phương, chiều, độ lớn của cơ cấu
chính.
Tìm vận tốc, gia tốc:
Ở đây chúng ta chỉ xét cho một vị trí,rồi sử dụng phần mềm WM2D để mô phỏng rồi so
sánh kết quả.Nếu kết quả ở 2 phương pháp này giống nhau ta có thể sử dụng kết quả mô
phỏng. Để rõ ràng, ta không xét tại vị trí biên số 1, mà ta sẽ xét tại vị trí số 2 ứng với bản
vẽ cơ cấu tổng hợp như ở chương 1.
Hình vẽ cơ cấu chính tại vị trí 2 như sau:

Hình 4.3 Cơ cấu chính tại vị trí thứ 2
Tay quay AB quay với vận tốc 5 vòng/s
→= 10π rad/s
→VB = .lAB = 10π.0,05=1,57 (m/s)
a.xác định vận tốc các điểm C,E,F trên cơ cấu:
+Xác định vận tốc điểm C :
Phương trình vận tốc tại vị trí 2:
Hai điểm B và C cùng thuộc một khâu
Trang 16


CHƯƠNG 4

→ = +

(2.1)

⊥AB và VB =1,57 (m/s)

⊥ BC và VCB = .lBC
Điểm C và D cùng thuộc khâu DC
Ta có VD = 0 do đó:
⊥ DC và VC = .lDC Do chưa biết nên VC là một ẩn số của bài toán.
Phương trình (2.1) có 2 ẩn số có thể giải bằng phương pháp họa đồ.
Chọn tỉ lệ xích họa đồ vận tốc
= 0,05 = = []
Suy ra pb =

= 31,4 (mm)

Chọn một điểm p bất kì làm gốc.Từ p vẽ biểu diễn .Qua b vẽ đường thẳng ∆ ⊥BC.Tiếp
theo,từ p vẽ đường thẳng ∆’ ⊥CD.Đường thẳng ∆ và ∆’ giao nhau tại điểm c.Suy ra: biểu
diễn và biểu diễn .
Hình vẽ 4.4 là họa đồ vận tốc của cơ cấu tại vị trí 2.Điểm p là gốc họa đồ.

Lượt đồ động cơ cấu

Trang 17


CHƯƠNG 4

Hình 4.4 Họa đồ vận tốc của cơ cấu tại vị trí 2
Đo độ dài đoạn pc đo trên họa đồ là : pc = 12,23 mm.Vậy vận tốc thực của điểm C là: VC =
12,23.0,05 = 0,611 (m/s) → = = = 6,23 (rad/s)
Ta có bc = 28,86 mm.Vậy vận tốc VCB = 28,86.0,05 = 1,443 (m/s)

→ = = = 12,02 (rad/s)
+ Xác định vận tốc của điểm E trên khâu 2 :

Do 2 điểm B và E cùng thuộc một khâu (khâu 2) .
→= +

(2.3)

⊥BE và VEB = .lBE
Điểm C và điểm E cùng thuộc khâu 2
→= + .

(2.4)

⊥CE và VEC = .lCE

Trang 18


CHƯƠNG 4

pe = 60,24 mm

Đo trên họa đồ vận tốc ta được đoạn

ce = 56,85 mm
be = 28,86 mm
→ VE = 60,24.0,05 = 3,01 (m/s)
VCE = 56,85.0,05 = 2,84 (m/s)
VBE = 28,86.0,05 = 1,443 (m/s)
+Xác định vận tốc của điểm F trên khâu 2:
Do 2 điểm B và F cùng thuộc một khâu (khâu 2) .
→= +

(2.5)

⊥ BF và VFB = .lBF
Điểm C và điểm F cùng thuộc khâu 2
→= + .

(2.6)

⊥CF và VFC = .lCF

Trang 19


CHƯƠNG 4

Đo trên họa đồ ta đuợc

pf =73,08 mm
cf = 73,73 mm
bf = 45,34 mm

→ VF = 73,08.0,05 = 3,65 (m/s)
VCF = 73,73.0,05 = 3,68 (m/s)
VBF = 45,34.0,05 = 2,27 (m/s)
b.Xác định gia tốc các điểm C,E,F trên cơ cấu:
+Xác định gia tốc của điểm C.
Điểm B và C cùng thuộc khâu 2 :
→ = +
Hay : = + +

(2.7)

Khâu 1 quay đều quanh tâm A nên gia tốc của điểm B hướng từ B về A.
aB = . lAB = (10π)2.0,05 = 49,43 (m/s2)
= .lCB = 12,022.0,12 = 17,33 (m/s2)
Trang 20


CHƯƠNG 4

= .lBC và ⊥ BC ( chưa biết)
Mặt khác do khâu 3 quay quanh tâm D
→ = +

(2.8)

hướng từ C về D và =.lCD = 6,232.0,098 = 3,80 (m/s2)
⊥CD và = .lDC ( chưa biết)
Từ (2.7) và (2.8) ta có :
= + + = +

(2.9)

Phương trình (2.9) có 2 ẩn số là và ,ta có thể giải bằng phương pháp họa đồ như
sau:
Chọn một điểm π bất kì làm gốc,từ π vẽ biểu diễn .Từ b’ vẽ chiều hướng từ C về B
biểu diễn . Quan nCB vẽ đường thẳng x⊥CB.Tiếp theo từ π vẽ hướng từ C về D thể
hiện .Từ nCD vẽ đường thẳng y⊥CD.Hai đường thẳng x và y giao nhau tại c’.Suy ra
biểu diễn . biểu diễn , biểu diễn .

Chọn tỉ lệ xích họa đồ gia tốc là:
= 1 = = []
Suy ra πb=49,43 (mm)
Đo trên họa đồ gia tốc ta được:

= 23,18 (mm)

= 28,22 (mm)
= 28,47 (mm)
→

= 23,18 (m/s2)→

= = = 183,16 (rad/s2)

= 28,22 (m/s2)→

= = = 288 (rad/s2)

aC = 28,47 (m/s2)
+Xác định gia tốc điểm E :
Hai điểm B và E cùng thuộc khâu 2:
→= + +

(2.10)

hướng từ E về B và =.lEB = 12,022.0,12 = 17,33 (m/s2)
⊥EB và = .lEB
Hai điểm C và E cùng thuộc khâu 2 :
→= + +

(2.11)

hướng từ E về C và =.lEC = 12,022.0,23 = 33 (m/s2)
⊥EC và = .lEC
Đo trên họa đồ gia tốc ta được :

= 74 (mm)
Trang 21


CHƯƠNG 4

→ aE = 74 (m/s2)
+Xác định gia tốc điểm F :
Hai điểm B và F cùng thuộc khâu 2:
→= + +

(2.12)

hướng từ F về B và =.lFB = 12,022.0,19 =27,45 (m/s2)
⊥FB và = .lFB
Hai điểm C và F cùng thuộc khâu 2 :
→= + +

(2.13)

hướng từ F về C và =.lFC = 12,022.0,31 = 44,79(m/s2)
⊥FC và = .lFC
Đo trên họa đồ gia tốc ta được :

= 91,52 (mm)

→ aF = 91,52 (m/s2)

c.Mô phỏng cơ cấu tại vị trí 2 bằng WM2D:
Vị trí số 2 của cơ cấu :
Trang 22


CHƯƠNG 4

Hình 4.5 Mô phỏng vị trí số 1 của cơ cấu
Vị trí số 2 ta dễ dàng tính toán được tương ứng ở thời gian t=0,0125s
Các thông số cần tính được thể hiện trên hình.

Trang 23


CHƯƠNG 4

Hình 4.6 Mô phỏng vị trí 2 của cơ cấu
d.Tổng hợp và so sánh kết quả:
Từ việc giải bài toán vận tốc,gia tốc bằng phương pháp họa đồ và mô phỏng bằng WM2D ta
lập được các bảng sau:
Bảng 4.1 (so sánh vận tốc)
VC

VE

VF

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(rad/s)

(rad/s)

PP họa đồ

0,61

3,01

3,65

12,02

6,23

WM2D

0,59

3,03

3,76

12,18

-6,01

Sai số

3%

0,7%

3%

1%

3%

Vận tốc

Bảng 4.2 (so sánh gia tốc)

Trang 24


CHƯƠNG 4

aC

aE

aF

(m/s2)

(m/s2)

(m/s2)

(rad/s2)

(rad/s2)

PP họa đồ

28,47

74

91,52

183,16

288

WM2D

28,12

71,24

93,48

181,37

284,9

Sai số

1%

3%

2%

0,9%

1%

Gia tốc

Ta thấy sai số giữa hai phương pháp không quá 3 % nên ta có thể lấy kết quả từ việc mô
phỏng bằng WM2D để tính toán.
Dùng WM2D mô phỏng ta có số liệu sau
Bảng 4.3(vận tốc)
VC

VE

VF

(m/s)

(m/s)

(m/s)

(rad/s)

(rad/s)

Vị trí 1

1,43

1,80

1,79

2,32

-14,60

Vị trí 2

0,59

3,03

3,76

12,18

-6,01

Vị trí 3

0,12

3,02

4

12,64

1,29

Vị trí 4

1,02

2,13

2,78

6,61

10,48

Vị trí 5

1,56

1,56

1,59

0,25

15,96

Vị trí 6

1,33

2,07

2,12

-4,94

13,65

Vị trí 7

0,036

3,10

4,11

-13,26

-0,37

Vị trí 8

2

2,48

4,10

-15,84

-20,46

Vận tốc

Trang 25


CHƯƠNG 4

Bảng 4.4(gia tốc)
aC

aE

aF

(m/s2)

(m/s2)

(m/s2)

(rad/s2)

(rad/s2)

Vị trí 1

45,53

113,2

170,1

640,42

413,07

Vị trí 2

28,12

71,24

93,48

181,37

284,9

Vị trí 3

32,51

73,69

82,14

-134,36

331,91

Vị trí 4

35,89

82,66

93,32

-294,22

349,53

Vị trí 5

25,87

74,33

87,32

-209,01

69,53

Vị trí 6

32,65

68,92

93,08

-240,23

-276,39

Vị trí 7

86,81

41,07

90,18

-414,94

-889,44

Vị trí 8

48,75

111,8

137,9

488,37

-269,21

Gia tốc

*Tính moment trên khâu dẫn:
a.Sử dụng WM2D xác định moment lực quán tính và vị trí trọng tâm của mỗi khâu:
Sau khi tổng hợp cơ cấu ta có được kích thước động của các khâu.Từ đó ta thiết kế sơ bộ
các khâu rồi sử dụng WM2D để tính moment quán tính của từng khâu.Ta được kết quả sau:
+Khâu dẫn (1):

-khối lượng :m1= 0,1 kg
-Moment quán tính :JS1 = 46,323 Kg.mm2
-Vị trí trọng tâm so với trục quay : lS1= 21mm

+Thanh truyền(2) : -Khối lượng : m2 = 1 kg

-Moment quán tính :JS2 = 7094,455 Kg.mm2
-Vị trí trọng tâm so với trục quay :lS2 = 22,5 mm
+Khâu nối giá(3) : -Khối lượng :m3 = 0,3 kg
-Moment quán tính :JS3 = 399,738 Kg.mm2
-Vị trí trọng tâm so với trục quay :lS3 = 46,77 mm

Trang 26


CHƯƠNG 4

Hình 4.7 Mô phỏng thanh truyền

Hình 4.8 Mô phỏng khâu nối giá

Trang 27


CHƯƠNG 4

b.Đặt lực cản kỹ thuật tại vị trí tay cấy bắt đầu tách mạ :
+Lực cản kỹ thuật là lực cần khắc phục để thực hiện quy trình công nghệ của máy,lực này
được đặt lên một khâu bị dẫn của cơ cấu.Trong trường hợp này là phản lực của thảm mạ tác
dụng lên nĩa cấy gắn trên thanh truyền trong quá trình tách mạ.
Do hạn chế về quá trình thực nghiệm,ta có thể chọn lực cắt khoảng : PC=20N, có phương và
chiều như hình vẽ.

Hình 4.9 Đặt lực vào khâu nối giá
c.Tính moment cân bằng trên khâu dẫn :
Đặt một moment cân bằng Mcb lên khâu dẫn.

Áp dụng nguyên lý di chuyển khả dĩ : ‘tổng công suất tức thời của một hệ lực cân bằng bằng
0 ’.
Ta có : + + = 0
 = - [ +]
Trong đó là ngoại lực và moment ngoại lực tác động lên khâu thứ i (kể cả lực và moment
lực quán tính) ; là vận tốc tại điểm đặt lực ; là vận tốc góc khâu thứ i có đặt Moment .
Vị trí tay cấy bắt đầu tách mạ ngẫu nhiên trùng với vị trí số 2 trong phần phân tích vận tốc
gia tốc.Ta có bảng vận tốc,gia tốc liên quan sau.
Trang 28


CHƯƠNG 4

Bảng 4.5
VF

VS2

VS3

3,76

2

0,29

12,18

-6.01

181,37

284,9

+Các lực tác dụng lên cơ cấu :
-Lực cản kỹ thuật : F = 20N đặt tại F
-Trọng lực : F = m2.g = 10N đặt tại S2
F = m3.g = 3N đặt tại S3
-Moment lực quán tính.
MS2= -JS2.
MS3= -JS3.
Áp dụng nguyên lý di chuyển khả dĩ:



= - [ +]

Mcb = - [ + ++ + ]
Mcb= -[)+) - ) - ]
= [-20.3,76.cos(15°) + 10.2.cos(43°) - 3.0,29.cos(66°) -0,0071.181,37.12,18 –
0,00039.284,9.(-6.01)]

= 2,33 N.m = 2330 N.mm
 Công suất trên khâu dẫn của 1 tay cấy là:
P=
Với n = 5 (v/s)~300 (v/p)
 P = =0,073 KW = 73W
Vậy công suất để dẫn động toàn bộ 6 tay cấy là:
Ptổng = 73.6 = 438 W ~ 0,57 HP
4.1.3 Thiết kế cơ cấu cam đẩy:

4.1.3.1 Phối hợp chuyển động của tay cấy:
Trang 29


CHƯƠNG 4

Hình 4.10 Các vị trí chuyển động của tay cấy
Khi tay cấy hoạt động gồm các giai đoạn sau:
+Tách mạ
+Đưa mạ xuống
+Dúi mạ xuống bùn
+Đưa tay cấy lên
a.Yêu cầu:
Trong quá trình cấy,thanh đẩy mạ chỉ dịch chuyển trong giai đoạn dúi mạ xuống bùn và một
phần của giai đoạn nhấc tay cấy lên.Các giai đoạn khác thanh đẩy mạ đứng yên.Khi đầu nĩa
tách mạ được gắn trên tay cấy đi xuống vị trí thấp nhất thì thanh đẩy đi xuống được 1,5cm.

Trang 30


CHƯƠNG 4

b.Lập bảng phối hợp chuyển động:
Bảng 4.6
Tay cấy

Tách mạ

Đưa mạ xuống

Cam

Dúi mạ

+

Nhấc lên
+

Cần lắc
Thanh
đẩy

0 cm

0 cm 0 cm

Chọn + Chiều dài cần lắc :

1,5 cm

l = 40 mm

+ Góc truyền động cực tiểu:

γmin = 50°

+ Góc lắc lớn nhất của cần :

=

+ Góc đi xa

:

=

+ Góc ở xa

:

=

+ Góc về gần

:

=

c. Sơ đồ phối hợp chuyển động giữa thanh đẩy và góc quay của khâu dẫn của tay cấy:

Hình 4.11 Sơ đồ phối hợp chuyển động giữa thanh đẩy và góc quay của khâu dẫn tay cấy
4.1.3.2 Trình tự thiết kế:
Trang 31


CHƯƠNG 4

d 2
d

()
2
d

a. Xđ các biểu đồ
, () bằng cách tích phân đồ thị d hai lần:
-Chia  ra 26 phần bằng nhau(1,2,….26)

d 2
( )
2
d

-Chọn OH trên đồ thị
một khoảng dài 30mm .

d 2
()
2
d

-Từ điểm giữa khoảng chia dóng lên đồ thị
tại giao điểm ta dóng qua trục tung nối
với H
-Từ điểm O của đồ thị \f(, () kẻ đường thẳng song song với đường vừa kẻ cắt đường chia ta
được 1 điểm
- Thực hiện tương tự các điểm giữa các khoảng chia còn lại ta dược cá điểm tương ứng.Nối
các điểm này lại ta được đồ thị \f(, ()
- Tương tự lấy điểm OH = 15 (mm) trên đồ thị

\f(, () ta được đồ thị ().

b. Các tỉ lệ góc trên biểu đồ:

Với chọn: L=180mm
H=30mm
Đo trên biểu đồ () ta có h=10mm.

Trang 32


CHƯƠNG 4

Hình 4.12 Biểu đồ tỉ lệ góc
c.Xác định miền tâm cam:
Vẽ vị trí cần khi lắc.
Chia trục  của đồ thị \f(, () ra làm 8 phần bằng nhau . Từ các diểm chia dựng lên cắt đồ
thị \f(, () tại các vị trí (i) tương ứng:
Chia  ra 4 phần bằng nhau tương ứng :
Xác định các đoạn thẳng cách đầu cần theo công thức:
Xi = ..L cần
Do đó : X = h1. .L cần = 4,62 . 0,023 .40 = 4,25 mm
Vì đồ thị () đối xứng nên ta có X1 = X3 = X5 = X7 = 4,25mm
Tương tự cho các đoạn còn lại ta có kết quả sau:
X2 = X6 = 6,5 mm
X0 = X 4 = X 8 = 0
Chọn vị trí tâm cam như hình vẽ.

Trang 33

CHƯƠNG 4

Hình 4.13 Vị trí cam
d.Xác định biên dạng cam lý thuyết:
Vẽ đường tròn (O2;O2O4),chia làm 16 phần bằng nhau tại các O4i.
Trên đồ thị β(φ),chia đều φ ra 16 phần bằng nhau.Từ các điểm chia gióng lên đồ thị β(φ) ta
được các βi(mm) → βi°= βi(mm).μβ.Vẽ các βi lên góc lắc được các Ci.Dựng các đường tròn
(O2;O2Ci).Dựng các đường tròn (O4i;O4Ci) cắt đường tròn tâm O2 tương ứng tại C’i. Nối các
C’I bằng đường cong suông ta được biên dạng cam.
Các góc i tương ứng với n phần bằng nhau là:
1° = β1(mm). = 4,834 mm.0,794 = 6,76(độ)
Tương tự ta có:
2 = 12,730
3 = 13,560
4 = 9,180
5 = 2,180
0 = 6 = 7 = 8 = 9 = 10 = 11 = 12 = 13 = 14 = 15 = 16 = 0°

Trang 34


CHƯƠNG 4

Hình 4.14 Vị trí tâm cam
4.2 Bộ phận cung cấp mạ:
4.2.1 Bộ truyền vít xoắn tự đảo chiều:
Bộ truyền vít xoắn tự đảo chiều gồm có hai chiều xoắn ngược nhau trên cùng một
trục vít, có nhiệm vụ dịch chuyển dàn mạ qua lại theo chu kỳ 200mm tạo điều kiện cho tay
cấy làm việc đều đặn mà không sót mạ.

a. Chọn vật liệu:
-

Sử dụng ren hình vuông có hiệu quả cao hơn ren hình thang và răng cưa vì góc α = 0,
nhưng có độ bền thấp hơn ren hình thang, tính công nghệ kém (không thể gia công
lần cuối bằng phay hoặc mài), khi mòn tạo thành khe hở dọc trục khó khắc phục. Chỉ
tiêu chủ yếu về khả năng truyền động vit-đai ốc là độ chịu mòn, độ bền và độ ổn
định.

-

Vít : thép tôi.

-

Đai ốc : Gang giảm ma sát

Trang 35


CHƯƠNG 4

b. Tính thiết kế:
Các thông số chọn trước:
-Bước vít : p=20mm
-Đường kính trục vít : D = 60mm
-Đường kính trung bình của ren : d2 =50mm
-α=0
- Khối lượng dàn mạ ước tính Q = 50kg
-Hệ số ma sát f = 0,13

Góc nâng của đường ren vít :

Tg=
= 7,25
Góc ma sát : tg =0,13 = 7,4
: thõa điều kiện tự hãm
-Moment xoắn được xác định :

T = Qtg() =50.. tg(7,25+7,4) = 326,765 (Kg.mm)
= 3267,65 (N.mm)
 Kiểm tra điều kiện bền :
(Sổ Tay Thiết Kế Cơ Khí-Tập 2)
Trong đó : Ứng suất pháp

= 0,397 N/
Ứng suất tiếp

=
Mà khi kéo là 700900 Kg/cm2
Vậy thõa điều kiện.
 Kiểm tra độ ổn định của vít khi
Trong đó độ dẻo của thanh
l : chiều dài vít
i : bán kính quán tính của thanh (đối với mặt tròn)

i=
Trang 36