Đồ án thay dao đồ án thiết kế hệ thống cơ điện tử

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
Đơn vị chun mơn: Bợ Mơn Cơng Nghệ Chế Tạo Máy
ĐỒ ÁN MƠN HỌC : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

Mã HP:ME4228

Họ tên và sinh viên : Tạ Trung Dũng
Lớp: KSTN- Cơ điện tử.
Khóa: K57

I.
II.

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế mơ đun cấp dao cho hệ thống thay dao tự động
Số liệu cho trước :
1.Hệ thống thay dao cho máy phay đứng
2.Hệ thống tháo và kẹp dao: dùng xi lanh chuyển đổi khí nén – thủy lực
3.Loại thay dao (TP): KTM (Không tay máy)
4.Nguồn lực di chuyển cụm chứa dao chạy đến trục chính (PO 1): KN(Khí nén)
5.Nguồn lực quay cụm chứa dao(PO2):ĐC(Động cơ điện)
6.Số lượng ổ chứa dao : N =16
7.Loại côn gắn chi dao :BT40
8.Khối lượng một con dao:M=7 Kg
9.Đường kính lớn nhất của một con dao : Dmax = 80 mm
10.Thời gian thay dao gần nhất : T1 = 3s

11.Thời gian thay dao xa nhất : T 2 = 7s

III.

Nội dung:
1. Xây dựng sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động,trình bày sơ lược về quy trình thiết kế
hệ thống thay dao tự động (có thể tham khảo đồ án CĐT1 và lấy cơng thức tính tốn từ đó)
2. Xây dựng sơ đồ khối thuật tốn điều khiển trả dao / lấy dao
3. Bản vẽ sơ đồ điều khiển điện, khí nén (hoặc thủy lực) phù hợp với yêu cầu của đầu bài
4. Mô phỏng hoạt động của hệ thống thay dao tự động bằng phần mềm máy tính (tự chọn phần
mềm).
Hà nội,ngày…..tháng…..năm…..
Người nhận

Cán bợ hướng dẫn

( Họ tên và chữ ký )

( Họ tên và chữ ký )

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 1


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Mục lục
LỜI NĨI ĐẦU ...................................................................................................................................3

CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG4
1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động...............................................................4
1.1.1.Khái niệm sơ đồ động.................................................................................................................4
1.1.2.Sơ đồ động của toàn hệ thống thay dao tự động.......................................................................6
1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 12 đài dao...........................................................7
1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động.............................................................7
1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao................................................................................................................9
1.2.2.1.Xác định các thơng số hình học của Đĩa tích dao..................................................................9
1.2.2.2. Tính tốn cơ cấu Man cho Đĩa tích dao chứa dao..............................................................15
1.2.2.3. Tính tốn và lựa chọn ổ lăn..................................................................................................24
1.2.2.4. Tính tốn trục đỡ Đĩa tích dao.............................................................................................26
1.2.3.Tính tốn hệ thống dẫn động cho hệ thống thay dao..............................................................28
1.2.3.1.Tính tốn trục dẫn hướng......................................................................................................28
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI THUẬT TOÁN TRẢ DAO/ LẤY DAO.......................36
2.1.Khái niệm sơ đồ khối thuật tốn.....................................................................................................36
2.2.Phân tích quá trình trả dao/lấy dao (thay dao)..............................................................................36
2.3.Sơ đồ khối thuật toán trả dao /lấy dao(thay dao)...........................................................................37
CHƯƠNG 3.BẢN VẼ SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN VÀ KHÍ NÉN................................................43
3.1.Sơ đồ điều khiển Đĩa tích dao di chuyển tịnh tiến để thực hiện nhiệm vụ thay dao......................43
3.2.Sơ đồ điều khiển cơ cấu kẹp dao.....................................................................................................45
3.3.Sơ đồ điều khiển cơ cấu xoay đài dao.............................................................................................46
CHƯƠNG 4.MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ ĐỘNG BẰNG PHẦN
MÊM SOLIDWORK.........................................................................................................................47.
4.1.Giới thiệu về phần mềm Solidwork................................................................................................48.
4.2.Quá trình thiết kế mơ hình 3D của hệ thống thay dao tự động bằng phần mềm Solidwork........53.
4.3.Mô phỏng hoạt động của hệ thống thay dao tự động :..................................................................57.
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................58

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 2

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay khoa học kĩ thuật đang phát triển rất nhanh, mang lại nhữg lợi ích cho con
người về tất cả những lĩnh vực vật chất và tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân và hòa
nhập với sự phát triển chung của thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã đề ra những mục tiêu đưa
đất nước đi lên thành một nước cơng nghiệp hóa hiện đại hóa. Để thự hiện điều đó thì một
trong những ngành cần quan tâm phát triển đó là ngành Cơ khí nói chung và ngành Cơ điện
tử nói riêng vì nó đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất ra các thiết bị cơng cụ (máy
móc, robot…) của mọi ngành kình tế quốc dân. Muốn thực hiện việc phát triển ngành cơ khí
cần đẩy mạnh đào tạo đội ngũ cán bộ kĩ thuật có trình độ chun mơn đáp ứng được yêu cầu
của công nghệ tiên tiến, công nghệ tự động hóa theo dây chuyền trong sản xuất.
Tính tốn thiết kế hệ thống Cơ điện tử là nội dung không thể thiếu trong chương
trình đào tạo kỹ sư Cơ điện tử. Đồ án mơn học này giúp cho sinh viên có thể hệ thống hóa lại
các kiến thức của mơn học như : Chi tiết máy, Vẽ kĩ thuật, Cơ học kĩ thuật, Nguyên lỹ máy,
Sức bền vật liệu,…Đồng thời cũng giúp chúng em nắm bắt thêm một số phần mềm cần thiết
cho việc thiết kế ,mơ phỏng như Catia,...ngồi ra cịn giúp chúng em làm quen với cơng việc
thiết kế và làm đồ án tốt nghiệp sau này.
Dù đã có cố gắng hoàn thành đồ án này với cường độ làm việc cao, cùng sự hướng
dẫn nhiệt tình và cụ thể của các thầy trong bộ môn, nhưng do hiểu biết cịn hạn chế và hơn
nữa chưa có kinh nghiệm thực tiễn nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi được những thiếu
sót và bất cập. Vì vậy em rất mong sự góp ý và sửa chữa của các thầy cơ để em có thể rút
kinh nghiệm và bổ sung thêm kiến thức cho mình.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm chỉ bảo của các thầy cơ trong Viện
Cơ Khí trường Đại Học Bách Khoa Hà Nợi và đặc biệt sự hướng dẫn tận tình của thầy
GSTS.Trần Văn Địch đã giúp em hoàn thành đồ án này.

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 3


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

CHƯƠNG 1: SƠ ĐỒ ĐỘNG VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG THAY
DAO TỰ ĐỘNG
1.1.Xây dựng sơ đồ khối cho toàn hệ thống thay dao tự động
1.1.1.Khái niệm sơ đồ động
Sơ đồ đợng của máy là những hình vẽ quy ước biểu diễn các 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
Dưới đây là mợt số hình vẽ quy ước của sơ đồ động :

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 4


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 5

GVHD: GSTS.Trân Văn

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 6

GVHD: GSTS.Trân Văn


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

1.1.2.Sơ đồ động của toàn 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 bằng Cad như sau :

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 7


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

1.2.Quy trình thiết kế hệ thống thay dao tự động với 16 đài dao
1.2.1.Quy trình tính tốn thiết kế hệ thống thay dao tự động

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 8

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Các dữ liệu đầu vào
N: số lượng dao của ổ chứa dao N=16
Dmax:đường kính lớn nhất của dao Dmax= 80mm
BT40: loại chi dao
M: khối lượng 1 con dao m=7kg
Dtrc: đường kính trục chính Dtrc=120mm
H: hành trình vào lấy dụng cụ của trục chính H=130mm

Tính tốn Đĩa tích dao

Xác định các thơng số hình học của Đĩa
tích dao
a) Bán kính từ tâm dao đến tâm Đĩa tích
dao R0
b) Khoảng cách giữa các dao gần nhau
trong Đĩa tích dao
c) Kiểm tra độ an tồn khi trục chính vào
thay dao
d) Lựa chọn cơ cấu kẹp trên Đĩa
e) Tính tốn các thơng số hình học của Đĩa

Tính tốn cơ cấu Malte cho Đĩa tích dao
a) Tính tốn các thơng số hình học của

Malte
b) Tính tốn động học của Malte
c) Tính tốn động lực học của Malte
d) Tính tốn và lựa chọn động cơ
Tính tốn và lựa chọn ổ lăn
a) Lựa chọn loại ổ lăn
TẠ sơ
TRUNG
DŨNG-20120193-KSTN
CƠ-ĐIỆN TỬPage 9
b) Chọn
bộ kích
thước ổ
c) Tính và kiểm nghiệm khả năng tải
của ổ
d) Lựa chọn ổ bi lăn

Tính tốn trục dẫn hướng

Tính tốn và lựa chọn xy lanh khí nén
a) Sơ đồ ngun lý của hệ thống khí
nén
b) Tính tốn hệ dẫn động khí nén

Tính tốn trục đỡ Đĩa tích dao


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

1.2.2.Tính tốn Đĩa tích dao
1.2.2.1.Xác định các thơng số hình học của Đĩa tích dao
Các thơng số ban đầu:
- Số lượng đầu dao N=16 dao
- Đường kính lớn nhất của một con dao D max= 80mm (lấy theo đường kính lớn nhất của dao
phay mặt đầu)
- Chuôi dao BT40
- Khối lượng của 1 con dao :7kg
- Đường kính trục chính :DTrc=120mm
- Hành trình của trục chính trong q trình vào thay đổi dụng cụ: Ltd= 130mm
Để đảm bảo an toàn trong quá trình thay dao ta cần tính tốn cho cơ cấu sao cho kết cấu của
hệ thống phải gọn nhẹ, phải có độ chính xác cao, khơng xảy ra va đập khi trục chính vào
thay dụng cụ.
Để Đĩa tích dao chứa dao chứa đủ 16 dao mà vẫn đảm bảo cho q trình thay dao khơng xảy
ra sự cố thì trước tiên ta cần đi tính tốn bán kính từ tâm trục ổ chứa dao:

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 10


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Sơ đồ tính tốn kích thước hình học của đĩa tích dao
A.Bán kính từ tâm của dao đến tâm của Đĩa tích dao chứa dao Ro được xác định:

R0 >

Trong đó:
C : Chu vi của đa giác chứa dao được xác định
C = 2.Rmax . N = 2.40.16 = 1280 (mm)
80
Rmax : bán kính lớn nhất của dao Rmax= = 2 = 40 mm

N : số dao của ổ chứa N = 16 dao
Vậy :
R0 > = 203,7 mm
Để giữa các dao có Rmax có khoảng cách ta lấy R0 =300 (mm).
Khi đó chu vi của vịng trịn chứa dao là:
C = 2..R0 = 2.3,14.300 = 1884 (mm)
B.Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong Đĩa tích dao :

Khoảng cách giữa hai tâm của dao có thể xác định gần đúng :
L = = = 117.75 mm
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 11


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Khoảng cách giữa các dao có đường kính lớn nhất có thể xác định gần đúng :
L’= L – 2.Rmax = 117.75 – 2.40 = 37.75 (mm)
C. Kiểm tra đợ an tồn khi trục chính vào thay dao:

Sơ đồ trục chính tham gia vào thay dụng cụ

Để đảm bảo an toàn trong quá 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 16 hay khơng
Đường kính lớn nhất của trục chính :max= 120(mm)
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 12


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Đường kính lớn nhất của độ côn đài dao BT30 là:C = 44.45 (mm)
Khoảng cách giữa tâm các đài dao L = 117.75 (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
12 là LT.
LT= L - = 117.75 - = 95.525(mm)
Để trục chính khơng va chạm vào các đài dao xung quanh thì phải thoả mãn điều kiện sau :

Ta có:

 < 95.525 mm
 Vậy thoả mãn điều kiện.
D.Lựa chọn cơ cấu kẹp dao trên Đĩa tích dao :

Để trục chính tham gia vào thay dao được chính xác thì dao cần có một vị trí xác định
trên Đĩa tích dao chứa dao.Vậy ta cần hạn chế 5 bậc tự do của dao trên Đĩa tích dao.
Để kẹp dao lên Đĩa tích dao 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.
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:

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 13


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Quy trình kẹp dao

Tính toán các thơng số 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 Đĩa tích dao : C = 1884 (mm)
r : bán kính cổ đài dao : r =

= = 22.225 (mm)

h : chiều dày kẹp dao : h = 23 (mm)
L : khe hơ cần tính để tránh va đập giưa các tay kẹp
N : số dao kẹp Đĩa tích dao có thể chứa


L = (mm)

Kiểm tra khi tay kẹp mở
Khi thay dao tay kẹp sẽ xoay quanh điểm O1một góc  = 5o vậy lượng mở thêm của tay kẹp
ứng với bề dầy nhất là :
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 14


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Lk 83.tg  83.tg5o  7,26 < 27.3 (mm)
Vậy các tay kẹp khơng bị va chạm vào nhau trong q trình thay dao.
E.Tính toán các thơng số hình học của Đĩa tích dao:

Tính bán kính vịng ngồi của Đĩa tích dao R1:
R1 = R0 – h – Rmaxd
Trong đó :
R0 : bán kính từ tâm dao đến đường tâm Đĩa tích dao R0= 300 (mm)
h : Lượng nhô ra của tấm định vị so với Đĩa tích dao h = 16 (mm)
Rmaxd: bán kính lớn nhất của đài dao Rmaxd= (mm)
R1 = 300 – 16 – 31.5 = 252.5 (mm)
Lấy R1=250 (mm).
Bán kính vịng trong của Đĩa tích dao 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 Đĩa tích dao R2
R2 < R1 - Lk –L

L : khoảng cách từ chốt tay kẹp đến vịng trịn ngồi của Đĩa tích dao L = 16 (mm)
Lck : Chiều dài chuôi tay kẹp Lck= 58 (mm)
R2 < 250 –58 – 16 =176 (mm)
Lấy R2= 175 (mm)
Tính kích thước chiều cao Đĩa tích dao
Chiều cao của đài dao h = 125.4 mm
Với chiều cao của dao ta có thể lấy chiều cao của Đĩa tích dao gần bằng chiều cao của
dao.Ta lấy H = 120 mm
 Vậy kết cấu hình học của đĩa Man :
Đĩa chứa dao:
Ro = 300 (mm) là khoảng cách giữa đường tâm Đĩa tích dao đến đường tâm dao
R1 =250(mm) là bán kính vịng ngồi của Đĩa tích dao
R2 =175(mm) bán kính vịng trong của Đĩa tích dao
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 15


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Cơ cấu Man :
R =147 (mm)bán kính của đĩa man
L =150 (mm ) là khoảng cách từ đường tâm của Đĩa tích dao đến đường tâm của động cơ
.h = 36 (mm ) là chiều dài rãnh đĩa man
Rc = 29 (mm ) là bán kính đĩa động cơ dẫn động Đĩa tích dao
 = 11,25o là góc giữa đường tâm của động cơ đến đường tâm con gạt Đĩa tích dao

1.2.2.2. Tính tốn cơ cấu Man cho Đĩa tích dao chứa dao
A.Tính toán 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 O1. Chuyển động gián đoạn của đĩa O1 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,...,16,18,10..
Với hệ thống thay dao gồm có 16 đài dao vậy ta cần tính cơ cấu Man với số rãnh là :
Z = 16
Với kết cấu của đài Đĩa tích dao mang dao ta đi tính tốn cơ cấu Man với bán kính của đĩa là
R = 147 (mm).

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 16


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn







Điều kiện bắt buộc để chống va đập là :
 +  = 90o
Trong đó góc  được xác định theo số rãnh của đĩa Man là Z = 24 rãnh:

11.25
Do đó :

= = 78.75
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 17


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Khi thiết kế góc 2T thực tế nhận được là tích số của góc 2 đã cho trước với tỷ số truyền
động i của cơ cấu Man :
2T = 2..i
ở đây 2T là góc quay thực tế.
Khi quay góc 2T sau một thời gian tT thì thời gian của cơ cấu Man t m sau một góc 2 có thể
tính :
Ta có tỷ số giữa thời gian quay của đĩa Man tm và thời gian khơng quay của nó to là :
Khi cần Man quay với tốc độ đều  = const thì thời gian quay đúng một vịng là :
(giây)
Trong đó n : số vịng quay/phút của cần chính là số vịng quay của động cơ bước.
Ta có :

(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=

= = 149.879 (mm)

Lấy L = 150 (mm)

Chiều dài của rãnh đĩa Man :
h = L(sin + cos - 1) + r
h = 150(sin11,25o + cos11,25o - 1) + 9 =35,38 (mm)
Lấy h = 36 (mm)
Bán kính quỹ đạo cần :
Rc = L.sin = 147.sin11,25o = 29.26 (mm).
lấy Rc = 29 (mm)
B.Tính toán đợng học của cơ cấu Man :
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 18


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Xác định góc  của đĩa Man khi cần quay được một góc  :
Trong đó :
Vậy Tốc độ của đĩa Man có thể viết :

Với  = 11,25

o

thì:

=.
Gia tốc của đĩa Man :

Khi bắt đầu và kết thúc thì  = /2 -  :

đ= 0
Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi
cos
với
thì cos
  = 52,3169o
Vận tốc góc lớn nhất khi  = 0o
(rad/s)
Vậy khi cần Man quay đều với vận tốc góc  thì đĩa Man sẽ quay khơng đều với vận tốc góc
đ và có gia tốc là đ,và có vận tốc lớn nhất khi  = 0o và gia tốc lớn nhất khi
 = 52,3169 o khi đó  = 9,95o
Với thời gian thay dao hệ thống là : 3/7 (s)
Trong đó :

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 19


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich
-

GVHD: GSTS.Trân Văn

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

thay dao nhất.
-

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= 5(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
2
Tt = tm+to= Z (Tmax – Tmin) =0.5 (s) :thời gian thay đồi một vị trí của Đĩa tích dao

Ta đi tính gia tốc góc và vận tốc góc cho đĩa Man.
===
Tm+ to=0.5 (s)
 tm =0.22 (s) ; to =0.28 (s)
Số vòng/phút của đĩa man cần được xác định :
n= = . = 119.3 (vòng/phút)

Vận tốc góc :
ω = = = 12,49 (rad/s2)

Vận tốc góc và gia tốc góc ở vị trí bắt đầu và kết thúc của đĩa Man :
đ= 0
d = ω2.tg = 12.492.tg11,25o = 31.03 (rad/s2)
Gia tốc lớn nhất của đĩa Man xảy ra khi
cosφ = - = 0.6113
  = 52.3169o
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 20


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

d = .12,492 =  36.24 (rad/s2)
Vận tốc góc lớn nhất khi  = 0o
ω d = = 3.03 (rad/s)

Biểu đồ sự phụ tḥc vận tốc góc và gia tốc góc của đĩa Man vào góc ψ
C.Tính toán đợng lực học của cơ cấu Man:

Khối lượng của Đĩa tích dao chứa dụng cụ :
GT= GĐ+16.GK+16.GD+G
Trong đó:
GĐ: khối lượng của đĩa man là :39 (kg)
GK: khối lượng của cơ cấu kẹp dao :GK= 2.GT+GC
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 21


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

GK= 2.0,35 + 0,1 = 0,8 (kg)
GD: khối lượng của một đài dao : 7 (kg)
G : khối lượng của các chi tíêt phụ lấy = 10 (kg)
GT= 39 + 16.0,8 + 16.7 + 10 = 173.8(kg)
Vậy trọng lượng của Đĩa tích dao chứa dụng cụ là :
PT = G.g = 173,8.9,81 = 1704,978 (N)
Lấy PT = 1704.9 (N)

- Xét các lực tác dụng lên đĩa Man trong q trình làm việc

®



P

ms



P
P
®


const
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 ma sát tại ổ côn do trọng lượng của Đĩa tích dao tạo ra
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 22


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Pms= PT.f = 1704.9.0,02 = 34.098 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 = 95 mm
Phương trình cân bằng momen với đĩa Man ứng với lúc đĩa Man có gia tốc lớn nhất :
16.J.đmax= Pđ.E – Pms.Ro
Với :
J : Mơmen qn tính do khối lượng của một dụng cụ với đường tâm của Đĩa tích dao
J = Jdc + d2.Gdc = 8,1.103 + 3002.5 = 728,1.103 (kg.mm2)
= 728,1.10-3 (kg.m2 )
g : gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2
d : khoảng cách từ tâm dụng cụ đến tâm của Đĩa tích dao chứa dao là
d=300 mm
max= 36,24 rad/s2 gia tốc góc lớn nhất của đĩa Man khi  = 52,3169o
= 134.1 (mm)
 Pđ = 3172 (N)
Vậy lực tác dụng lớn nhất lên cần gạt trong quá trình thay dao là:
Pc = Pđ .cos( + ) = 1476 (N)
 = 52.3169 o và  = 9,95o
Mômen tác dụng lên trục của cần gạt :
M = Pc.RC = 1476.29,26 = 43188 (Nmm)
Công suất lớn nhất trên cần :

N = = = 0.539 (kW) = 539 W
D.Tính toán và lựa chọn động cơ

Công suất động cơ được xác định theo công suất của cần gạt:
Ndc = = = 550 (W)
TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 23

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

Theo tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động ta có thể chọn động cơ kiểu 4a71B6Y3 có cơng
suất là:
Kiểu động cơ

Cơng
suất kW

Vận tốc
quay,
vg/phút

Cosφ

Ŋ%

2p = 6 ; nđb = 1000 vg/phút
4a71B6Y3

0.55

920

0.71

67.5

2.2

2.0

Pdc=550 W có số vịng quay là ndc2= 920(vịng/phút)
Số vịng quay của động cơ ra là
nđc 1= 119.3 vòng/phút
Vậy hộp số ta có thể chọn loại hộp số cấp 1, có tỉ số truyền là 8

1.2.2.3. 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,cịn ổ cơn chịu tác dụng của lực
hướng tâm và lực dọc trục. Ở đây lực hướng tâm không lớn 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.

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 24


THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Đich

GVHD: GSTS.Trân Văn

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 tâm khá nhỏ nên ta có thể bỏ qua.Vậy ta dùng ổ đũa cơn đỡ chặn.

b. Chọn sơ bợ kích thước ổ :
Với kết câu của Đĩa tích dao chứa dao ta lựa chọn ổ đũa côn cỡ nhẹ 7115 ( theo
GOST 333-71 ) :
Kí
hiệu

D,
m
m
3
90

D1,
m
m
4
76

d1,
mm

1
7111

d,
m
m
2
55

C1,
m
m
7
19

T,
m
m
8
23

r,
m
m
9
2,0

r1 ,
mm


(o)

C,
kN

C o,
kN

5
72

B,
m
m
6
22

10
0,8

12
49,10

13
45,20

85

83,5

22

19

23

2,0

0,8

52,90

51,30

110

85

83,5

24

20

25

2,0

0,8

67,60

65,80

115

85

83,5

26

20

25

2,0

0,8

11
12,5
0
14,0
8
14,0
8
14,0
8

7113

65

100

7114

70

7115

75

120,0
0

108,8
0

TẠ TRUNG DŨNG-20120193-KSTN CƠ-ĐIỆN TỬPage 25