Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy lắp ráp tự động cụm gối đỡ động cơ DC cỡ nhỏ (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

VÕ VĂN HUY

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ
VÀ CHẾ TẠO MÁY LẮP RÁP TỰ ĐỘNG
CỤM GỐI ĐỠ ĐỘNG CƠ DC CỠ NHỎ

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí
Mã số :
60.52.01.03

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, Năm 2015


Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN VĂN YẾN

Phản biện 1: TS BÙI MINH HIỂN

Phản biện 2: PGS.TS LÊ VIẾT NGƯU

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 5 tháng 12
năm 2015

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
- Ngành công nghiệp sản xuất mô tơ không chỉ giữ một vị
trí quan trọng trong việc thúc đẩy các ngành công nghiệp khác phát
triển mà còn đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải, góp phần phát triển
sản xuất và kinh doanh thương mại.
- Đứng trước thực trạng trên, đề tài “Nghiên cứu thiết kế và
chế tạo cụm gối đỡ dùng cho động cơ DC cỡ nhỏ ” là rất cần thiết,
ứng dụng thực tế trong điều kiện hiện nay không chỉ tại công ty mà
có còn thể ứng dụng cho cả các công ty, nhà máy sản xuất, lắp ráp
trên một phần công đoạn v.v…
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tính toán,thiết kế máy lắp ráp comi ở Công ty TNHH
Mabuchi Đà Nẵng
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
- Phạm vi nghiên cứu:
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp phương pháp khảo sát, lý thuyết và thực nghiệm:
Phương pháp khảo sát: Khảo sát các máy, thiết bị tương tự,
tham khảo các ý kiến khoa học từ thực tiễn của các chuyên gia.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Ứng dụng các lý thuyết
đã có sẵn tiến hành tính toán thiết kế máy, thiết kế các chi tiết, bộ
phận máy.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Quan sát mô hình mô

phỏng, thử nghiệm các ý tưởng trên thực tế lắp ráp cụm gối đỡ tại
nhà máy.


2
5. Ý nghĩ khoa học thực tiễn
Vận dụng lý thuyết cơ học vào thực tiễn tính toán, vươn lên
để làm chủ việc thiết kế độc lập tại công ty. Vấn đề này có ý nghĩa
thực tiễn cho các doanh nghiệp, để tiến hành việc công nghiệp hóa
các công đoạn lắp ráp thành phẩm và vừa có thể tự chế tạo máy để
làm chủ được công nghệ kỹ thuật theo nguyên tắc lý thuyết và thực
tiễn trong nghiên cứu chế tạo máy tự động.
6. Kết luận đề tài
Chế tạo máy lắp ráp tự động, do việc lắp ráp, chế tạo,
nghiệm thu được thực hiện tại công ty nên phần chế tạo máy như
thuyết minh đề tài sẽ không có mà được đặt tại công ty. Tôi đảm
trách phần thiết kế máy, nên để đảm bảo tính minh bạch, tính thống
nhất do vậy chỉ đảm bảo được phần bản vẽ lắp ráp thiết bị, các bản
vẽ chi tiết, bản vẽ sơ đồ đấu hơi và các van khí nén.
7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục
trong luận văn gồm có các chương như sau :
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY


3
CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. THỰC TRẠNG, XU HƯỚNG LẮP RÁP CÁC VẬT NHẸ,
NHỎ TRONG CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TẠI NHÀ
MÁY
Ngày nay với việc xã hội hóa ngày càng phát triển, công
nghệ ngày nay càng được cải tiến và nâng cao thì yêu cầu của con
người có trình độ khoa học kĩ thuật chuyên môn cũng ngày càng cao,
việc sử dụng máy móc sẽ giúp con người tập trung vào những việc
đòi hỏi có tính sáng tạo hơn, những công việc nguy hiểm, nặng nhọc,
tỉ mỹ, lắp ráp các linh kiện nhỏ .v.v..
1.1.1. Quá trình tiến hành thiết kế
Máy gắn các linh kiện comi tự động sẽ giảm bớt khó khăn và
thời gian sản xuất tăng lên. Việc đầu tiên làm đó là nghiên cứu kỹ
lưỡng các linh kiện đơn thể này, đây là những linh kiện rất phức tạp
về kích thước cũng như hình dạng. Sau nghiên cứu 3 linh kiện đơn
thể này thì nhận thấy không thể thiết kế máy lắp ráp ngay một lúc
mà phải nghiên cứu từng giai đoạn lắp ráp của sản phẩm, phân ra
từng khu, mỗi khu có một nhiệm vụ riêng, mỗi nhiệm vụ riêng đó sẽ
có chức năng cấu thành một bộ phận.
1.1.2. Nguyên tắc ứng dụng trong thiết kế sản phẩm
Đây là một thuật ngữ để gọi những thiết bị có khả năng định vị
chi tiết, tách phôi và nạp phôi vào vị trí lắp ráp. Một trong những chi
phí chủ yếu khi phát triển các hệ thống lắp ráp tự động là mất nhiều
thời gian cho việc thiết kế các cụm cấp phôi.


4
1.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHỄU CẤP PHÔI
Mục tiêu của một hệ thống tự động hóa sản xuất công nghiệp là
mang lại giá trị tăng thêm cho nguyên liệu, cho bán thành phẩm hoặc

cho một tổ hợp thành phẩm … tạo ra những sản phẩm có giá trị cao
hơn. Cấp vận chuyển và lưu giữ phôi tụ dộng phải được giải quyết
trên cơ sở của các quá trình gia công cụ thể, chức năng thiết bị và độ
chính xác yêu cầu. Theo các số liệu khảo sát thì có đến 70 ~ 73 %
lượng phôi thuộc nhóm phôi rời. Với luận văn là ‘ Nghiên cứu thiết
kế và chế tạo máy lắp ráp tự động cụm gối đỡ động cơ DC cỡ nhỏ.
1.2.1. Cơ cấu cấp phôi kiểu phễu và máng tải ( ổ chứa )
1.2.2. Cơ cấu cấp phôi kiểu lồng phôi vào móc vào chốt
1.2.3. Cơ cấu cấp phôi dạng ổ tích
Cơ cấu cấp phôi dạng ổ tích là tổ hợp các cơ cấu chấp hành để
thực hiện việc cấp phôi rờ từng chiếc từ ổ tích tới vị trí gia công.

Hình 1.1. Các cơ cấu tiếp liệu dạng ổ tích
Tùy thuộc vào dạng chuyển động của khâu tiếp liệu, cơ cấu
tiếp liệu được chia làm nhóm chuyển động tịnh tiến khứ hồi, và


5
nhóm chuyển động dao động khứ hồi, chuyển động quay và chuyển
động phức tạp.

Hình 1.2. Các cơ cấu tiếp liệu dạng ổ tích

Hình 1.3. Các cơ cấu tiếp liệu dạng đĩa(a, b), dạng xích (c),
dạng xoắn ốc (d, e)


6
Cơ cấu ngắt liệu là cơ cấu điều chỉnh số lượng phôi được cấp
từ ổ tích tới cơ cấu tiếp liệu.

Hình 1.4. Các cơ cấu ngắt liệu dạng chuyển động khứ hồi
1.2.4. Cơ cấu cấp phôi dạng rung động
Nguyên lý như sau:
Cốc phễu 2 đặt lên trên 3 trụ và được lồng 3 lò xo. Ba lò xo
này gắn trên 6 bệ nặng 9 và nhờ giá 10, bên tròn phễu có một đường
máng 2 xoắn nghiêng vòng theo máng cốc. Phôi được đổ tự do và
chứa trong cốc phễu 2 có dạng hình cung. Muốn chuyển động dao
động người ta cho dòng điện 220V qua cuộn dây nam châm 8, nó sẽ
hút khung điện gắn chặt ở đấy cốc,
nhờ thế cốc phễu 2 sẽ chuyển động về
phía dưới một ít. Đồng thời nhờ tác
dụng uốn của lò xo phẳng 1 cốc 2 còn
có chuyển động quay theo tiết diện
quy định. Muốn có lực kéo sản phẩm
lớn hơn nhiều ta làm ba thanh nam châm đặt ở 3 góc, góc nghiêng
của các lò xo thường khoảng 60 ~700. Góc nghiêng của máng dẫn


7
phôi 2,5 ~ 40 dòng điện xoay chiều có chỉnh lưu Xelen một chu kỳ,
tần số thường 50Hz ; tương ứng với một dao động của cốc phễu thì
phôi dịch chuyển từ 2 ~3 mm nghĩa là v = 7 ~ 8 [m/phút]. Cốc chứa
phôi dao động từ 3000 ~ 3500 lần trong một phút ( vặn đi, vặn lại,
lắc ). Mỗi lần dao động cốc tụt xuông 0,02 ~ 0,05mm do quá tính nên
phôi không tụt xuống ngay với cốc, sau khi tụt xuống lò xo đẩy cốc
lên vị trí cũ, phôi được đưa lên một quãng trong không gian dao
động, nhiều lần như vật phôi sẽ bò dần lên theo đường xoắn ốc mà
hình dạng của cốc đã được gia công.

Hình 1.6. Cơ cấu định hướng phôi trong phễu tròn


8

Piezo Feeder
PEF-150iL
SANKI

Hình 1.7. Cụm cơ cấu phễu rung dẫn phôi ra ngoài
theo biên dạng đã định

Hình 1.8. Cụm cơ cấu phễu rung dẫn phôi ra ngoài
theo biên dạng đã định


9
Và

Ø60

Ø44

Phễu chứa

Motor xoay
Hình 1.9. Cụm cơ cấu phễu rung dẫn phôi ra ngoài
theo biên dạng đã gia công
1.3. CƠ SỞ KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA
1.3.1. Khái quát về cơ khí hóa và tự động hóa

1.3.2. Mục đích của cơ khí hóa và tự động hóa
1.3.3. Tính toán năng suất lao động
1.3.4. Nhiệm vụ của tự động hóa
1.3.5. Hiệu suất làm việc của máy tự động và đường dây
tự động
1.3.6. Hiệu quả kinh tế trong tự động hóa


10
CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN, KHÍ NÉN TRONG CÁC
CƠ CẤU CHẤP HÀNH
2.1.1. Lý thuyết về điều khiển tự động
2.1.2. Các nguyên tắc điều khiển
Nguyên tắc này giữ tín hiệu ra y = y(t) theo một chương
trình đã được định sẵn. Để có một tín hiệu ra nào đó thực hiện theo
chương trình, cần sử dụng máy tính hay các thiết bị khác có lưu trữ
chương trình. Hai thiết bị thông dụng chứa chương trình điều khiển
là:
1: PLC (Programmable Logic Controller )
2: CLC (Computerized Mumerical Control )
2.1.3. Nguyên tắc điều khiển theo chương trình
2.1.4. Phân loại theo hệ thống điều khiển tự động
2.1.5. Phép biến đổi Laplace
Giả sử có hàm f (t ) liên tục, khả tích. Ảnh Laplace của
f (t ) qua phép biến đổi Laplace ký hiệu là F ( p ) .

Để thuận lợi trong việc phân tích, giải quyết các bài toán

điều khiển, người ta mô tả toán học các phần tử và hệ thống bằng
hàm truyền đạt ( transfer fuction ), phương trình trạng thái ( state
space ), v.v…. Hàm truyền đạt của một khâu ( hay hệ thống ) là tỉ số
giữa tín hiệu ra với tín hiệu vào biểu diễn theo toán tử Laplace, kí
hiệu là W ( p ) với điều kiện ban đầu triệt tiêu.
U ( p)

W ( p)

Y ( p)


11
2.1.6. Lý thuyết về khí nén trong các cơ cấu chấp hành
2.1.7. Lý thuyết về cấp phôi tự động theo nguyên lý rung

Hình 2.1. Ảnh hưởng của góc 

, tỷ số gia tốc, tần số f, góc

nâng  , hệ số ma sát lên vận tốc vận chuyển của phôi
Để đánh giá sự ảnh hưởng của tần số rung đến quá trình động học
của phôi, ta tiến hành làm thực nghiệm đẻ đánh giá.


12

Hình 2.2 Mô hình lắp ghép của cơ cấu và ứng xuất của
thiết bị cấp phôi

Hình 2.3. Tổng quan các bowl rung của máy


2.2.3. Sơ đồ điều khiển
Hình 2.5. Bản vẽ tổng thể của máy
Ø
25
0

04
-0-A )
AA ? ?
?
2
13
30°
30°

2
15

AA
-0-A

Ø4
00

Ø160

AA-0-A09

?

AA-0-A05

07

06

-0-A
AA

P.C
.D

?

?

?

?

AA-0-A08

?

?

?

?
?

?

?

50

AA-0-A06

SOL 14
SOL 13
SOL 12
SOL 11
SOL 10
SOL 9
SOL 8

Ø70

SOL 7

AA-0-A10

SOL 6
SOL 5

-0-A

AA

SOL 4
SOL 3

03

SOL 2

50

SOL 1

50

340

90°
MABUCHI
MOTOR

Equipment
No.
MABUCHI MOTOR

Seri al No.

E quipment No.

MAB UCHI MOTOR

Serial No.

MABUCHI MOTOR

Property No.

MA BUCHI M OTOR

Property No.

2.2.2. Chọn lựa phương án tối ưu và hiệu quả
2.2. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.2.1. Các phương án
 Phương án 1
 Phương án 2

13


14
CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN MÁY
1.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KHUNG KẾT CẤU MÁY, CÁC
BỘ PHẬN TRONG QUÁ TRÌNH THAO TÁC
3.1.1. Tính kết cấu khung máy
3.1.2. Các bộ phận trong quá trình thao tác
a. Cụm cấp bản comi vào khuôn

BOWL rung
(feede bowl)

Mô hình hóa cơ cấu có:

Khâu bị
dẫn
Khâu dẫn

Hình 3.1. Mô hình hóa kết cấu


15
b. Cụm xoay comi

3

2
1

4

Hình 3.2. Bản vẽ kết cấu cụm xoay comi


16
c. Cụm xoay di chuyển comi

2

1

2

3

4
5
6

7

Hình 3.3. Bản vẽ kết cấu cụm xoay di chuyển comi
d. Cụm cơ cấu bốc và di chuyển

Hình 3.4. Bản vẽ 3D cụm cơ cấu bốc và di chuyển


17

Hình 3.5. Bản vẽ kết cấu cụm cơ cấu bốc và di chuyển


18
e. Cụm xoay gắp vòng đệm ra

170

Ø44

200

Hình 3.6. Bản vẽ kết cấu cụm xoay gắp vòng đệm ra
f. Cụm lấy vòng đệm cao su

56.4

400

360

54


19

Hình 3.7. Bản vẽ kết cấu cụm lấy vòng đệm cao su
1.2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ XY LANH TRONG QUÁ TRÌNH
DI CHUYỂN
1.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN, MẠCH ĐIỀU
KHIỂN
Khi thiết kế mạch khí nén tự động cho tối ưu và kinh tế là hết
sức quan trọng. Với đề tài thực hiện tại công ty nên vấn đề thiế kế
mạch khí nén phải đơn giản, dẽ sử dụng, không yêu cầu tính toán
nhiều nhiều phải đảm bảo.
0.4

TL10-02

S9

S8

S7

S6

S5

S4

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

A

TL10-01

B

A

B

A

A

KM-22

S 46

B

A

S 19

B

A

S 18

B

A

S 17

B

A

S 16

B

A

S 15

B

A

S 14

B

A

S 13

B

A

KM-22

S 12

B

A

KM-22

KM-22

S 11

B

S 10

S 20

S 21

S 22

1

Ø4 Ø6 Ø4 Ø4 Ø6 Ø4 Ø6 Ø4 Ø6 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4 Ø4

Ø6

S1

S 35

A

S 36

Ø6

0.8
0

TL10-01

S 37
S 38
S 39
S 40
S 41
S 42
S 44
S 45

S 43

S 34

S 33

S 32

S 31

S 30

S 29

S 28

S 27

S 26

S 25

S 24

S 46

A

TL10-01

B

A

S 47

B

S 23

TL8-01

A

Ø6

KM-22

B

LINE ?

S3

Ø6

B

TL10-02

Ø6

0.6

0.2

LINE ?

1

TL10-02

0.6
0 .8

0

S2

TL8-02

0.4
0.2

Hình 3.8. Bản vẽ sơ đồ đấu hơi và các van


20
1.4. NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN, CÁC BIỆN PHÁP LÀM GIẢM CÁC KÍCH ĐỘNG
(BIÊN ĐỘ) VÀ TỐI ƯU ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG
CỦA MÁY
1.5. MÔ HÌNH HÓA SẢN PHẨM BẰNG PHẦN MỀM
AUTODESK INVENTOR
Sản phẩm bao gồm đó là bộ lắp ghép comi như hình

Hình 3.9. Sản phẩm của quá trình lắp ráp
1.6. CHẾ TẠO MÁY

Hình 3.10. Bản vẽ tổng quan 3D


21
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo. Đến nay, luận
văn đã được hoàn thành đúng thời gian được giao.
Việc chế tạo, lắp ráp máy được tiến hành trong khoảng 2
tuần và tại công ty. Đề tài đã đi vào thực tiễn tại công ty. Thiết bị
máy tự động yêu cầu quá trình lắp ráp chính xác nên việc tính toán
cho một cơ hệ phải tỷ mĩ, tìm hiểu khảo sát các linh kiện rời rạc cần

rất nhiều thời gian, công sức nhưng tài liệu tham khảo kỹ thuật lại rất
hạn chế. Tuy nhiên, với quyết tâm cao nhất của mình và quyết tâm
trong công việc, tác giả đã làm việc ngày để đề tài này thành công
hơn.
a. Quá trình lắp ráp các linh kiện rời như: tâm comi, bản
comi, vòng đệm.
b. Sau khi quá trình lắp ráp được tiến hành. Ta tiến hành đo
đạt kiểm tra góc độ lắp ráp, kiểm nghiệm .v.v… Do vậy kiểm tra quá
trình lắp ráp, đo đạt các kích thước, đo đạt các thông số, kiểm tra kết
quả lắp ráp các bản comi, số liệu này sai lệch 3% là một kết quả hợp
lý.
c. Đánh giá hiệu quả kinh tế
Thiết bị đưa vào vận hành sẽ đạt được các chỉ tiêu:
- Năng suất lao động tăng từ 2 – 3 lần so với năng suất lao
động thủ công.
- Giải phóng bớt sức lao động cho công nhân.


22
- Giảm chi phí đầu tư khoảng 1/3 so với thiết bị ngoại
nhập.
d. Đánh giá hiệu quả kỹ thuật - công nghệ và hướng phát
triển của đề tài
Lắp ráp được sản phẩm theo nguyên lý lắp, xoay, xoay lắp
chặt trên khuôn. Vượt ra khỏi phạm vi trong lĩnh vực chế tạo máy
thuần túy, công nghệ các công ty hiện nay về quá trình lắp ráp sản
phẩm. Hiện nay, phần theo nguyên lý rung đã và đang được áp dụng
rộng rãi trong nhiều doanh nghiệp, công ty, các tập đoàn lớn hay cả
trong y tế. Cung cấp giải pháp tiên tiến trong việc tạo ra các sản
phẩm với số lượng ít nhưng có chức năng quan trọng.

Luận văn đã hoàn thành phần cơ khí, các bản vẽ lắp ráp, bản
vẽ khí, được thực nghiệm thành công tại công ty để áp dụng được
cho tất cả các loại sản phẩm mà khách hàng yêu cầu trong việc tạo ra
những sản phẩm nhỏ, có biên dạng cong.
Kết thúc quá trình lắp ráp và nghiệm thu máy, tác giả nhận
thấy rằng khả năng tạo ra sản phẩm lắp ráp trên hoàn toàn khả thi và
tối ưu nhất. Bằng cách mở rộng thay thế một số chi tiết trên máy để
đáp ứng được tát cả các loại mà khả năng máy có thể làm được. Do
đó, trong các nghiên cứu sắp tới tác giả sẽ tiếp tục xây dựng hoàn
chỉnh phần lắp ráp các cụm khác lại với nhau để tạo thành một dây
chuyền sản xuất Rotor mà khách hàng yêu cầu.


23
STT

Máy tự động

Năng suất

97%

Sản phẩm

33 sản phẩm/ phút

Hiệu quả

Tốt

Phế phẩm

3%

Kích thước

1200 x 1000

Số người cắt giảm

6 người/ đội

Kích thước sản phẩm

60o

Thay đổi mã hàng

có

Liên kết công đoạn sau

có

Đề tài không chỉ dừng lại ở vấn đề đã được luận văn nghiên
cứu khảo sát mà còn mở rộng hướng nghiên cứu thiết kế cho các
công đoạn khác, thay thế các kết cấu, các cụm cơ cấu đang sử dụng
và tìm ẩn những vấn đề bất hợp lý. và góp phần tạo ra các công việc
cần thiết cho các ngành liên quan.
2. KIẾN NGHỊ

Kế hoạch dự trữ vật tư thay thế là rất quan trọng trong quá
trình vận hành sử dụng như: các xy lanh, mô tơ cho mâm xoay, các
chi tiết bị mài mòn, va đập, các loại ổ bi.
Xây dựng quy trình sửa chữa và thay thế khoa học để đáp
ứng với thực tế tại nhà máy như: các ổ bi, ổ trục đã bị trầy xướt hoặc
bị mài mòn, các chi tiết bị hư hỏng, gãy,.v.v…
Ban quản lý tại công ty cần thành lập thêm các đội ngũ, các