Tài liệu Thiết kế hệ thống điều khiển tự động

  • Số trang: 20 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 232 |
  • Lượt tải: 0

Mô tả:

Thiết kế hệ thống điều khiển tự động
LỜI NÓI ĐẦU Đồ án môn học là một trong những đồ án đúc kết lại quá trình học tập của sinh viên qua nhiều môn học. Nó là tiền đề cho đồ án tốp nghiệp sau này cũng như là giúp sinh viên nhận thức bước đầu công việc sau này phải làm Trong các đồ án môn học, thì đồ án hệ thống điều khiển tự động là một đồ án cũng rất quan trọng. Nó là một đồ án đúc kết từ nhiều môn học khác nhau như: sức bền vật liệu, điều khiển thuỷ lực và khí nén, máy công cụ, cơ sở thiết kế máy, kỹ thuật điều khiển tự động, điều khiển thuỷ khí và lập trình PLC…. Là một đồ án không những áp dụng những môn học chủ yếu của ngành, con ứng dụng một số môn học điều khiển tự động. Trong đồ án này, hệ thống mà nhóm em chọn để thiêt kế là hệ thống cưa gỗ bàng lưỡi cưa đĩa tự động điều khiển bằng khí nén và mạch điện. Đây cũng là một hệ thống có thể ứng dụng tốt cho thực tế, nó sẽ góp phần giảm được nhân công trong các nhà máy chế biến các sản phẩm từ gỗ như: bàn, ghế, tủ, giường… mà các sản phẩm này cũng đang được sản xuất rộng rãi tại các nhà máy gỗ do Đài Loan đầu tư để xuất khẩu Do đây là đồ án điều khiển tự đông đầu tiên mà nhóm em thiết kế, nguồn tài liệu và kiến thức còn nhiều han chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong thầy cô và các bạn thông cảm. Cuối cùng nhóm em xin cảm ơn Thầy Bùi Trương Vĩ, các thầy bộ môn và các bạn đã góp ý và giúp đỡ tụi em hoàn thành đồ án này Nhóm sinh viên thực hiện Đoàn Ngọc Hậu Đồng Thành Đạt Phạm Thanh Phương Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY I. Nguyên lý làm việc: Hình 1_1 sơ đồ nguyên lý hoạt động S DC3 K1 S K2 DC1 K1 VD K3 DC2 M1 Hình 1_2 sơ đồ mạch điện điều khiển SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang2 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ K3 K2 PT SOL Hình 1_3 sơ đồ mạch khí nén điều khiển Khi đóng mạch điện, động cơ 1 hoạt động làm quay băng tải đẩy phôi( gỗ tấm) đã được cấp sẵn trên băng tải đến khi chạm công tắc hành trình K1. K1 là công tắc hành trình kết hợp vừa là thường đóng của động cơ 1, vừa là thường mở của van điện khí nén. Khi phôi chạm vào K1 thì ngắt mạch động cơ 1 làm băng tải dừng, đồng thời đóng mạch điện của van điện, làm cho van điện có tín hiệu tác động, cho khí nén qua đẩy pistông co mang lưỡi cưa đang quay cưa đứt phôi. Khi cắt xong, đến cuối hành trình thì pistông chạm vào nút ấn thường mở K3 đóng mạch động cơ 2 làm băng tải đưa phôi ra hoạt động mang phôi đã được cắt ra. Khi phôi đã được cắt ra không còn tác dụng vào K1 nữa thì K1 trở về vị trí ban đầu. Do pitông vẫn duỗi thẳng nên không tác dụng vào nút ấn thường mở K2 nên động cơ 1 vẫn không hoạt động. Bên cạnh đó van điện bị ngắt và trở về vị trí ban đầu nhở tín hiệu tác dụng của lò xo, đưa pistông về vị trí ban đầu và tác dụng vào nút ấn thường mở K2 dóng mạch động cơ 1. Quá trình hoạt động cư thế được thực hiện lại như trên cho đến khi ngắt nguồn điện cung cấp vào hệ thống. Chu trình hoạt động. Khi ấn nút ấn công tắc start thì động cơ 1 hoạt động ,động cơ 1 truyền động thông qua bộ truyền xích làm quay băng tải 1 đưa phôi vào, sau một thời gian phôi sẽ chạm vào công tắc hành trình M1. Lúc này động cơ 1 được ngắt điện, đồng thời van điện từ 5 cửa 2 vị trí sẽ được đóng điện và động cơ 2 hoạt động, điều khiển pistong mang lưỡi cắt vào cắt vật liệu,sau một thời gian lưỡi cắt sẽ cắt xong vật liệu và đến cuối hành trình của pistong sẽ chạm váo công tắc hành trình M3 làm động cơ 3 quay đưa sản phẩm ra ngoài , khi sản phẩm ra khỏi băng tải 2 sẽ không còn chạm vào công tắc hành trình M1 làm van 5 cửa 2 vị trí mất điện điều khiển pistong mang lưỡi cắt rút về. Đến cuối hành trình rút về sẽ chạm vào công tắt hành trình M2 lúc này động cơ 2 ngưng hoạt động,chu trình lại được tiếp tục. SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang3 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ II.Khả năng ứng dụng vào thực tế: Trong thực tế, hiện nay có rất nhiều cơ sở sản xuất đồ gỗ dân dụng cung cấp trong nước và dùng làm hàng xuất khẩu. những mặt hàng như giường, tủ, bàn, ghế… Máy được ứng dụng để cắt gỗ từ tấm hoặc thanh dài thành từng đoạn bằng nhau đảm bảo được độ chính xác cao, và cung cấp cho các nguyên công gia công khác là: bào, lắp ghép, đánh bóng và sơn. Nguyên công cát này có thể kết hợp cùng với nguyên công bào tạo thành một dây chuyền tự động, giảm được nhân công đồng thời tăng được năng xuất( do kích thước được xác định do máy) đảm bảo được độ chính xác cao, tạo điều kiện cho việc lắp ghép được chính xác. Bên cạnh đó, nếu tính toán và chọn lại công suất động cơ theo chế độ cắt sắt thép, thì máy còn ứng dụng để cắt thép tấm, cắt tôn trong các nhà máy cắt tôn….Mà chỉ cần tính toán và thay thế cụm dao cắt, còn các bộ phận còn lại vẫn được giữ nguyên. Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY I. Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế máy: 1.Chọn phương án cắt: + Phương án cho lưỡi cưa chạy từ trên xuống: Đây là phương án thích hợp đối với cắt gỗ có dạng thanh, bề rộng cắt phải nhỏ hơn đường kính của lưỡi cưa và chiều sâu cắt phải nhỏ hơn bán kính lưỡi cưa, cần lực cắt lớn( bởi vì chiều dài cắt lớn). Đối với phương án này thì khi cắt không cần kẹp chặt chi tiết theo phương thẳng đứng, chi cần cố định hai bên chi tiết, lưỡi cưa thực hiện chuyển động cắt từ trên xuống sẽ tạo nên lực ép kẹp chi tiết theo phương thẳng đứng. Phương án này có nhiều hạn chế, không ứng dụng cắt được những phôi có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính của lưỡi cưa + Phương án cho lưỡi cưa chạy ngang; Đây là phương án có thể cắt được gỗ có dạng thanh hoặc dạng tấm có chiều rộng cắt lớn hơn đường kính lưỡi cưa, chiều sâu cắt nhỏ hơn bán kính lưỡi cưa. lực cắt nhỏ hơn so với phương án trên, ứng dụng cắt được nhiều chi tiết có chiều rộng cắt khac nhau. Phương án này cần cố định chi tiết theo phương thẳng đứng và một bên đối diện với lưỡi cưa của chi tiết. Phương án này có nhiều ưu điểm hơn so với phương án trên nên chọn phương án này để bố trí và thiết kế máy 2.Chọn hệ thống cấp và thoát phôi: Hệ thống cấp và thoát phôi ở đay có thể sử dụng nhiều loại như: hệ thống băng tải, hệ thống băng tải sử dụng con lăn, xích tải…Đối với băng tải thì có hệ thống các con lăn ở phía dưới băng tải để tăng độ cứng vững khi vận chuyển của băng tải, băng tải chỉ cần cung cấp chuyển động cho một trục, các truc còn lại và các con lăn chuyển động nhờ ma sát giữa bề mặt con lăn và băng, băng tải có thể là băng tải dạng đai. Còn đối với băng tai gồm hệ thống các con lăn thì cần phải cung cấp chuyển độngcho một trục, giữa các trục còn lại và trục được cung cấp chuyển động cần có thêm một bộ truyền để liên kết chuyển dộng với nhau, do SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang4 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ vậy cần phải thiết kế thêm bộ truyền xích dùng chung cho các trục cần cấp chuyển động, do đó việc lắp ráp yêu cầu độ chính xác cao hơn xo với băng tải đai nhưng lại thích hợp với việc vận chuyển các loại nguyên liệu có dạng tâm hơn băng tải đai. Còn băng tải xích thì có kết cấu gần giống với băng tải đai, việc chế tạo và lắp ráp băng tải xích yêu cầu độ chính xác cao hơn băng tải đai, khả năng làm việc tốt hơn băng tải đai nhưng giá thành cao hơn. Do gỗ là loại vật liệu tương đối nhẹ nên ta sử dụng băng tải đai để thiết kế 3.Chọn hệ thống cung cấp chuyển động tịnh tiến cho lưỡi cưa: a.Sống trượt: Sống trượt là một bộ phận dùng để dẫn hướng cho các bộ phận di động, ngoài đảm bảo khả năng di động sống trượt còn có nhiệm vụ truyền lực. Do đó sống trược cần thỏa mãn một số yêu cầu sau: - Bề mặt làm việc phải chịu độ mài mòn cao - Phải đảm bảo độ chính xác truyền động - Các sống trược cần phải có khả năng điều chỉnh khe hở và các biện pháp bảo vệ để chống nhiễm bẩn và tránh tác dụng trực tiếp của phoi - Ngoài ra độ cứng vững và độ bền phải đảm bảo yêu cầu Có nhiều loại sống trượt khác nhau như: sống trượt phẳng, sống trược lăng trụ, sống trượt rãnh chữ V, sống trược đuôi én, sống trượt hình trụ. Bên cạnh các sống trược còn có sống lăn So với sống trượt, sống lăn có hệ số ma sát nhỏ hơn khoảng 20 lần, việc sửa chữa sống lăn cũng dễ dàng hơn sống trược nhưng sống lăn có giá thành cao, bề mặt làm việc của sống lăn phải gia công rất chính xác và việc bảo vệ sống lăn yêu cầu phức tạp hơn. Do đó sử dụng sống trượt để dùng truyền động Việc sử dụng loại sống trượt nào còn phải tùy thuộc vào kết cấu của máy. Ở đây, do cần sử dụng 2 sống trượt để truyền động sử dụng sống trượt trụ, vì sống trượt trụ có kết cấu đơn giản dễ chế tạo nhưng độ cứng vững kém. Do đó sử dụng 2 sống trượt cùng lúc để tăng độ cứng vững của sống trượt Chi tieát tröôït Soáng tröôït SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang5 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Hình 2-1 kết cấu sống trượt trụ b. Hệ thống thủy lực và khí nén: Để truyền chuyển động cho máy chạy doc theo sống trượt thì có thể sử dụng mạch khí nén hoặc mạch thủy lực để truyền chuyển động và truyền lực. Đối với mạch khí nén thì lực của pittong sinh ra nhỏ và không ổn định do khí có tính chất nén được và dễ bị mất trong khi truyền, khó điều chỉnh vận tốc khi cưa, nhưng các thiết bị đơn giản, rẽ tiền. Còn với mạch thủy lực thì lực sinh ra tốt, ổn định do chất lỏng không có tính nén được, dễ điều chỉnh vận tốc và lực đẩy bằng cách điều chỉnh lưu lượng nhờ các van tiết lưu. Tuy nhiên các phần tử của hệ thống thủy lực đắt hơn nhiều so với các phần tử khí nén. Ở đây ta chọn hệ thống khí nén vì cấu tạo của hệ thống đơn giản so với hệ thống thủy lực. Sơ đồ nguyên lý của cụm truyền động cho lưỡi cưa: 4 2 3 1 Hình 2_2 sơ đồ nguyên lý cụm truyền động cho lưỡi cưa 1_Lưỡi cưa; 2_ Bộ truyền đai; 3_ Sống trượt; 4_ Động cơ II. Tính toán hệ thống dẫn động băng tải: 1.Tính toán băng tải: SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang6 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Hệ thống cấp phôi vào máy để cưa ta chọn hệ thống dẫn động bằng băng tải để cấp phôi. Từ trục động cơ qua trục chủ động của băng tải ta chọn bộ truyền xích và một bộ truyền bánh răng để giảm tốc cho băng tải. Hình 2_3 sơ đồ kết cấu băng tải Các số liệu ban đầu: Tốc độ vận chuyển của băng tải: v=2(m/s) Năng suất vận chuyển của băng tải: Q Chiều dài của băng tải: L= 2m Bề rộng băng: B= 600mm Số lượng của lớp lõi: Z= 3 Chọn vật liệu làm băng là vải dệt tổng hợp Đường kính tang: D> k.Z= 125.3 = 375 Đối với tang dân co Z= 3 thì k = 125 Chọn D = 400mm Nhằm tạo lực căng ban đầu cho tấm băng để có thể truyền lực ma sát. Ngoài ra sau thời gian làm việc băng bị dãn nên cần thiết phải căng băng. Sử dụng vít điều chỉnh cứng để căng băng: Hình 2_4 kết cấu của vít điều chỉnh Năng suất vận chuyển của băng tải: Q = 0,36 q.v Mặt khác:Năng suất vận chuyển của băng tải là: Q =3600. A.v.ρ Với ρ = 30kg / m 3 = 0,03T / m 3 : khối lượng riêng của ván gỗ A= 0,5.0,14 = 0,07m2: diện tích tiết diện của ván gỗ Q= 3600.0,07.0,03= 15,12 T/m3 SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang7 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Lực cản trên những đoạn băng có tải: Wct= ( qvl + qbt + qcl)L.c Chọn c= 1,3: hệ số cản chuyển động Q 15,12 = = 21N / m 0,36.v 0,36.2 q bt = ρ0 .B.(δ .Z + δ1 + δ 2 ) Chọn: ρ0 =1,1 , δ = 0,2; δ 1 = δ 2 = 0,4 q vl = qbt= 1,1.0,6.(0,2.3+ 0,4 + 0,4).10-3= 0,001N/m Chọn t= 0,5m Giả sử trọng lượng phần quay của con lăn : Gcl= 3N Trên 2m băng tải có 4 con lăn ⇒ q cl = ∑G cl t = 4.3 = 24 N / m 0,5 Vậy : Wct= (21 + 0,001 + 24).1,3.2= 117N Lực cản chuyển động trên đoạn băng không tải : Wkt= (qbt + qcl’ ).L.c Chọn t’= 1m, số con lăn chịu không tải là 2 con ⇒ q cl ' = ∑G t cl ' = 2.3 = 6N / m 1 Vậy : Wkt= ( 0,001 + 6).1,3.2= 16N Vậy : W0= Wct + Wkt = 117 + 16 =133N Công suất của động cơ là : N = W0 .v 133.2 = = 0,28 N 1000.η 1000.0,96 Do đó tra bảng P1.3 sách TTTKHDDCK_ Trịnh Chất chọn động cơ có ký hiệu4a71A6Y3 có công suất của động cơ là : N= 0,37 kW Số vòng quay của động cơ : n= 920 vg/phút Số vòng quay của tang : ntg = 60.1000.v 60.1000.2 = = 96vg / phut π.D 3,14.400 ⇒ i= 920 = 9,6 = ix.ibr 96 Chọn ix= 3, ibr= 3,2 1.Thiết kế bộ truyền xích: Chọn xích ống con lăn vì giá thành rẻ hơn xích răng. Định số răng đĩa xích. Vói tỉ số truyên i=3 chọn số răng đĩa xích dẫn là: Z1=25 Số răng đĩa xích bị đẫn là:Z2=3.25=75 Vì Z1 và Z2 nênlaays số lẻ ăn khớp với số mắt xích chẵn để cho các khớp bản lề và răng đĩa xích sẽ mòn đều hơn Hệ số điều kiện sử dụng K = Kđ . KA . K0 . Kđc . Kb . Kc SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang8 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Trong đó : Kđ − là hệ số xét đến tính chất của tải trọng ngoài, vì tải trọng êm nên Kđ =1 KA − Hệ số xét đến chiều dài xích, chọn A =(30 ÷ 50)t nên KA = 1 K0 − Hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, chọn K0 = 1 Kđc − Hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, Kđc = 1,2 Kb − Hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, chọn Kb = 1,5 vì bôi trơn định kỳ Kc − Hệ số xét đến chế độ làm việc của bộ truyền,bộ truyền làm việc 1 ca nên Kc = 1 Do đó : K =1.1.1.1,2.1,5.1= 1,8 Hệ số răng của đĩa xích dẫn KZ = Z 01 25 = =1 Z1 25 Z01 : số răng đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở Hệ số vòng quay đĩa dẫn : Kn = n01 200 = = 2,08 n1 96 n01 : số vòng quay đĩa dẫn của bộ truyền cơ sở Công suất tính toán của bộ truyền: Nt = K.KZ.Kn.N = 1,8.1.2,08.0,37=1,39 [KW] Tra bảng 5-5( tính toán hệ thống dẫn động cơ khí) ta chọn được xích ống con lăn một dãy có [N] =1,61 [KW] t =12,5 mm. Kiểm nghiệm số vòng quay theo điều kiện : n1 ≤ n gh (TKCTM−107-6.9) Theo bảng 6-5(TKCTM) với bước xích t = 12,5 mm, số răng đĩa dẫn Z 1 = 25, số vòng quay giới hạn ngh của đĩa xích có thể đến 1050[ vg/ph]. có n1 = 920 vg/ph vậy điều kiện được thoả mãn. Khoảng cách trục a và số mắt xích: Chọn sơ bộ khoảng cách trục A Asb = 30.t = 30.12,5 = 375[ mm] Tính số mắc xích : 2 2 Z + Z 2 2 A  Z 2 − Z1  t 25 + 75 2.375  75 − 25  12,5 X = 1 + + + + = 112  .  . = 2 t 2 12,5  2.3,14  375  2π  A Chọn X= 112 Kiểm nghiệm số lần va đập trong một giây : u= 4v Z.n = ≤ [ u] L 15.x Trong đó : Z và n là số răng và số vòng quay trong một phút của đĩa xích L − chiều dài xích v − vận tốc xích (m/s) [u] − số lần va đập cho phép trong 1 giây : SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang9 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ u= 25.920 = 13,69 15.112 Theo bảng 6-7(TKCTM) số lần va đập cho phép trong một giây là [u] =30 cho nên điều kiện u ≤ [u] được thỏa mãn. Tính chính xác khoảng cách trục A theo số mắc xích đã chọn : Z + Z2 Z + Z2  t   Z − Z1  A = X − 1 + X − 1  − 8 2  4 2 2  2π     2 = 2     2 2 12,5  25 + 75   75 − 25   112 − 25 + 75 +    = 374 mm] 112 −  − 8 4  2 2    2.3,14     Để đảm bảo độ võng bình thường tránh cho xích bị căng quá, giảm khoảng cách trục một khoảng ∆A = 0,003A = 0,003.374=1 [ mm] Cuối cùng là lấy A = 373 [mm] Tính đường kính của đĩa xích − Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn : d c1 = t 12,5 = = 99,73 o 180 180 o [mm] Sin Sin Z1 25 Chọn dc1= 100mm − Đường kính vòng chia của đĩa xích bị dẫn : d c2 = t 12,5 = = 298,5 o 180 180 o [mm] Sin Sin Z2 75 Chọn dc2= 300mm Tính lực tác dụng lên trục 6.107.k t .N R ≈ k t .P = (TKCTM−109-6.17) Z.t.n Trong đó : kt : hệ số xét đến trọng lượng xích lên trục, khi bộ truyền nằm ngang kt = 1,15 R ≈ k t .P = 6.10 7 .k t .N 6.10 7 .1,15.0,37 = = 89 [N] Z .t.n 25.12,5.920 1.Thiết kế bộ truyền bánh răng: • Chọn vật liệu chế tạo bánh răng: Bánh nhỏ: chọ thép 35 thưòng hoá σ bk = 500 N / mm 2 ; σ ch = 260 N / mm 2 ; HB=160 (Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi dưới 100mm) Bánh lớn: chọn thép 35 thường hoá σ bk = 500 N / mm 2 ; σ ch = 260 N / mm 2 ; HB=160 (Phôi rèn, giả thiết đường kính phôi từ 300mm đến 500mm) SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang10 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ • Định ứng suất cho phép: a) Ứng suất tiếp cho phép: Tra bảng 3-9 TKCTM-NXBGD) chọn hệ số ứng suất tiếp xúc k’ N= 1 và [σNoH]= 2,6HB: Ứng suất tiếp xúc làm việc cho phép khi bánh răng làm việc lâu dài: Ứng suất tiếp cho phép của bánh lớn và bánh nhỏ: [σH] = 2,6.160 = 416 N/mm2 b) Ứng suất uốn cho phép: Lấy hệ số chu kỳ ứng suất uốn k”N = 1 Giới hạn mỏi uốn thép 35 là: σ −1,35 = 0,45.σ bk = 0,45.500 = 225 N / mm 2 Chọn hệ số an toàn SF = 1,5 và hệ số tập trung ứng suất tại chân răng k σ = 1,8 Ứng suất uốn cho phép ở hai bánh: Bánh lớn: " 1,5.σ−1, 45 .k N 1,5.225.1 [σF ] = = =1 s F kσ 1,5.1,8 • Sơ bộ chọn hệ số tải trọng k = 1,3 • Chọn hệ số chiều rộng bánh răng: ψaw = 0,3 • Chọn số răng và môdun của các bánh răng: Số răng bánh chủ động: Z1= 20 Số răng bánh bị động là: Z2= Z1.ibr= 20.3,2= 64 Chọn mô đun của các bánh răng m= 2,5 • Tính khoảng cách trục aw: aw= 0,5.m.(Z1 +Z2 )= 0,5.2,5.(20 + 64)= 105mm Chọn aw = 161 mm Chiều rộng bánh răng: bw = a w .ψ w = 105.0,3 ≈ 31,5mm • Kiểm nghiệm sức bền uốn của răng: Hệ số dạng răng: Bánh nhỏ: y1= 0,392 Bánh lớn: y2 = 0,517 Kiểm nghiệm sức bền uốn đối với răng bánh nhỏ : 19,1.10 6.k .N II 19,1.10 6.1,3.0,35 σ F1 = = = 18,36 N / mm 2 2 2 y1 .m n .Z 1 .n II .bw 0,392.2,5 .20.306,66.31,5 ⇒ σ F 1 < [σ F 1 ] = 125 Bánh lớn : SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang11 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ σ F 2 = σ F1. y1 0,392 = 18,36. = 13,92 N / mm 2 y2 0,517 ⇒ σ F 2 < [σ F 2 ] = 125 • Kiểm nghiệm sức bền của răng khi chịu quá tải đột ngột trong thời gian ngắn : - Ứng suất tiếp xúc cho phép : [σ - Hqt 2 ] = 2,5.[σ ] = 2,5.416 = 1040 N / mm Ứng suất uốn cho phép : [σ ] = 0,8.σ Fqt 2 - 2 H2 ch 35 = 0,8.260 = 208 N / mm 2 Kiểm nghiệm sức bền tiếp xúc : σ Hqt1 1,05.10 6 = . a w .u brc σ Hqt1 = 1,05.10 6 . 105.3,2 ( u brc +1) .k .N II .k qt 3 bw .n III ( 3,2 +1) 3 .1,3.0,35.1,4 31,5.96 = 390,39 N / mm 2 Trong đó hệ số quá tải : kqt = 1,4 ⇒ σ Hqt1 < [σ Hqt1 ] và [σ Hqt 2 ] - kiểm nghiệm sức bền uốn : Bánh nhỏ : σ Fqt1 = σ F 1 .k qt = 18,36.1,4 = 25,704 / mm 2 [ ⇒ σ Fqt1 < σ Fqt1 ] Bánh lớn : σ Fqt 2 = σ F 2 .k qt = 13,92.1,4 = 19,488 N / mm 2 [ ⇒ σ Hqt 2 < σ Fqt 2 ] • Các thông số của bộ truyền : Môđun pháp : mn = 2,5 mm Số răng : Z1 = 20; Z2 = 64 Góc ăn khớp : α w = 20 0 Đường kính vòng chia( lăn ): d w1 = m.Z 1 = 2,5.20 = 50mm d w 2 = m.Z 2 = 2,5.64 = 160mm Khoảng cách trục: aw = 105 chiều rộng bánh răng: bw = 31,5 Đường kính vòng đỉnh: d a1 = 50 + 2.2,5 = 55mm d a 2 = 160 + 2.2,5 = 165mm Đường kính còng chân: SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang12 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ d f 1 = 50 − 2,5.2,5 = 43,75mm d f 2 = 160 − 2,5.2,5 = 153,75mm • Lực tác dụng lên trục: Lực vòng: 2.TII 2.9,55.10 6.N 2.9,55.10 6.0,35 Ft = = = = 436 N d w1 d w1 .n 50.306,66 Lực hướng tâm: Fr = Ft .tgαw = 436.tg 20 = 159 N 2.Thiết kế trục: Chọn vật liệu làm trục là thép 45, thường hoá. Đường kính sơ bộ của trục được tính theo công thức d ≥ C.3 N , [ mm] n Trong đó: d - đường kính trục N - công suất truyền [KW] n - số vòng quay trong một phút của trục C - hệ số tính toán, lấy C = 120 + Trục I: N = 0.37 [KW] n = 96 [vg/ph] ⇒ d1 ≥120.3 0.37 = 18,8[ mm] 96 Để chuẩn bị cho bước tính gần đúng tiếp theo ta có thể lấy d2 = 18 [mm] Tra bảng 14P (TKCTM) chọn được ổ bi đỡ cỡ trung có chiều rộng B = 12 [mm] Để tính kích thước chiều dài của trục chọn các kích thước sau: + Khoảng cách giữa khe hở bánh xích và thành trong của hộp: a = 10 [mm] + Khoảng cách từ cạnh ổ đến thành trong của hộp giảm tốc: l1 = 10 [mm] + Khoảng cách từ mặt bên của chi tiết quay ngoài hộp đến ổ: l 2 = 20 [mm] Trục II: SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang13 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ T W0 R XB B m A YB l1 L 5048 25900 Mux Muy 13843 6867 32828 Mx Hình 2_5 biểu đồ mômen lực tác dụng lên trục l1 = a + b B 31,5 12 + = 10 + + = 31,75[ mm] 2 2 2 2 L=700[mm] Các thông số: W0= 133N T=Ft =436[N] R= Fr =159[N] 9,55.106.N Ii 9,55.106.0,33 = = 32828[ N.mm] Mx= n1 96 Tính phản lực ở các gối trục: XB = W0 L 700 + R.l1 133. + 31,75.159 2 2 = = 74 N L 700 XA= R + XB - W0= 159 + 74 - 133= 100N YB = T .l1 436.31,75 = = 20 N L 700 YA= T + YB= 242 + 20= 262N SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang14 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Tính mô men uốn ở tiết diện nguy hiểm: Ở tiết diện A: Mu = 2 2 M uy + M ux Trong đó: M uy = T .l1 = 436.31,75 = 13843 N .mm M ux = R.l1 = 159.31,75 = 5048 N .mm ⇒ M u = 13843 2 + 5048 2 = 14735 N .mm Đường kính trục tại tiết diện trên là: d ≥3 M td 0,1[σ ] Trong đó: M td = M u2 + 0,75.M x2 = 14735 2 + 0,75.32828 2 = 32022 N .mm Tra bảng 7-2_TKCTM-NXBGD chọn [σ ] = 50 N / mm 2 ⇒d m −m = 3 32022 =18,57 mm 0,1.50 Chọn đường kính trục d= 20mm Ở tiết diện m: Mu = 2 2 M uy + M ux Trong đó: M uy = YB .l1 = 20.350 = 6867 N .mm M ux = X B .l1 = 74.350 = 25900 N .mm ⇒ M u = 6867 2 + 25900 2 = 26795 N .mm Đường kính trục tại tiết diện trên là: d ≥3 M td 0,1[σ ] Trong đó: M td = M u2 + 0,75.M x2 = M u = 26795 N .mm Tra bảng 7-2_TKCTM-NXBGD chọn [σ ] = 50 N / mm 2 ⇒d m −m = 3 26795 =17,49mm 0,1.50 Vậy chọn dm= 20 mm Kiểm nghiệm trục theo hệ số an toàn Hệ số an toàn được tính theo công thức n= nσ .nτ nσ2 + nτ2 ≥ [ n] nσ - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất pháp σ −1 nσ = kσ .σ a + ψ σ σ m ε σ .β SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang15 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Vì trục quay nên ứng suất pháp (uốn) biến đổi theo chu kỳ đối xứng σa = σmax = σmin = vậy nσ = σ −1 Mu ; W σm = 0 kσ .σ a εσ β nτ - hệ số an toàn chỉ xét riêng ứng suất tiếp τ −1 nτ = kτ .τ a + ψ τσ τ m ε τσ .β Bộ truyền làm việc một chiều nên ứng suất tiếp (xoắn) biến đổi theo chu kỳ mạch động. τ max Mx = τa = τmin = ; 2 2.Wo σ-1 - giới hạn mỏi uốn σ-1 = 0,45.σb = 0,45.600 = 270 [N/mm2] (trục làm bằng thép 45 nên có σb = 600 [N/mm2] τ-1 - giới hạn mỏi xoắn τ-1 = 0,25.σb = 0,25.600 = 150 [N/mm2] ψσ và ψτ - hệ số xét đến ảnh hưởng của trị số ứng suất trung bình đến sức bền mỏi Với thép cacbon trung bình có thể lấy ψσ =0,1; ψτ = 0,05 β - hệ số tăng bền: Ở đây không dùng các biện pháp tăng bền nên lấy β =1 εσ và ετ - hệ số kích thước: xét ảnh hưởng của kích thước tiết diện trục đến giới hạn mỏi ( tra bảng 7-4). kσ và kτ - hệ số tập trung ứng suất thực tế khi uốn và xoắn [n] - hệ số an toàn cho phép: trong điều kiện làm việc bình thường lấy [n] = 1,5 * Đối với trục I: πd 3 3,14.20 3 = 785[ mm 3 ] 32 32 πd 3 3,14.20 3 = = 1570[mm 3 ] Momen cản xoắn Wo = 16 16 Momen cản uốn W = = M u 14735 = = 18,77 N / mm 2 W 785 Mx 32828 τa = = = 10,45 N / mm 2 2.W0 2.1570 σa = SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang16 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Chọn hệ số kσ , kτ , εσ và ετ Theo bảng 7-4 (TKCTM) lấy εσ = 0,88 ετ = 0,77 Theo bảng 7-8 (TKCTM) tập trung cho rãnh then kσ = 1,63 kτ = 1,5 Tỷ số: k σ 1,63 = = 1,85 ε σ 0,88 kτ 1,5 = = 1,95 ε τ 0,77 Tập trung do cắt răng, ta chọn kiểu lắp T3, áp suất sinh ra trên bề mặt lắp ghép ≥ 30 [N/mm2] tra bảng 7-10 ta có: kσ = 2,6 εσ k  kτ = 1 + 0,6. σ − 1 = 1 + 0,6.( 2,6 − 1) = 1,96 ετ  εσ  Thay các giá trị tìm được vào công thức (7-6) và (7-7) ta được: 270 = 5,53 2,6.18,77 150 nτ = = 7,14 1,96.10,45 + 0,05.10,45 5,53.7,14 n= = 4,37 5,53 2 + 7,14 2 nσ = Hệ số an toàn được thoả mãn. III.. Cơ cấu kẹp phôi: Cơ cấu kẹp phôi được sử dụng ở đây là hệ thống các con lăn và được tạo lực kẹp nhờ lực đàn hồi của lò xo. Bên cạnh đó, việc cố định phôi khỏi dịch chuyển khi cưa ta cũng dùng các con lăn thảng đứng để cố định: SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang17 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ 2 1 3 Hình 2_5 cơ cấu kẹp phôi 1_ Lò xo; 2_ Con lăn kẹp phôi; 3_ Băng tải 2 1 Hình 2_6 cơ cấu cố định phôi 1- Con lăn; 2_ Phôi SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang18 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hệ thống điều khiển trong đồ án này dùng mạch điện khí nén. Trong sơ đồ mạch điện điều khiển sử dụng 3 công tất hành trình để điều khiển các phần tử trong hệ thống: công tất M1 là một nút ấn kết hợp giữa thường đóng và thường mở để điều khiển van điện VD và động cơ DC1 để cấp phôi vào, còn công tất K2 là công tất thường mở dùng để điều khiển động cơ DC1 khi pistông lùi về cuối hành trình, còn công tất K3 dùng để điều khiển động cơ DC2 để đẩy phôi đã được cưa ra ngoài. Bên cạnh đó, trong mạch điện còn sử dụng một rơ le điện từ S để điều khiển tiếp điểm thường đóng S, tiếp điểm thường đóng S dùng để ngắt và đóng động cơ DC3 cung cấp chuyển động cho lưỡi cưa. I. Hệ thống điều khiển mạch điện: Hình 3_1 sơ đồ mạch điện điều khiển II. Hệ thống điều khiển bằng khí nén: Sơ đồ mạch khí nén sử dụng một pistong_xilanh để truyền chuyển động chạy dao khi cắt, một van tiết lưu để điều chỉnh tốc độ chạy dao cho phù hợp, tránh hiện tượng tốc độ chạy dao quá lớn làm kẹt dao không cắt được. Một van điện 5/2 tác động một đầu bàng nam châm điện và một đầu bằng lò xo để cấp khí cho pistong và được điều khiển bởi công tất K1 SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang19 Đồ án môn học: thiết kế hệ thống điều khiển tự động GVHD:Bùi Trương Vĩ pt K3 K2 VD Hình 3_2 sơ đồ mạch khí nén điều khiể TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bài giảng: BÀI Thủy khí và lập trình PLC _ Trần Ngọc Hải. [2] Giáo trình: Hệ thống truyền động thủy khí_ Trần Xuân Tùy và Trần Ngọc Hải. [3] Thiết kế chi tiết máy (Tác giả :Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm) Nhà xuất bản giáo dục – 1999 [4]Tính toán thiết kế hệ dẫn đông cơ khí_ Trịnh Chất và Lê Văn Uyển [5] Giáo trình: Trang bị điện_ Lê Tiến Dũng [6] Giáo Trình: Thiết bị nâng chuyển_ Nguyễn Xuân Hùng MỤC LỤC Trang Chương I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÁY 2 Chương II: PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY 4 I. Phân tích các phương án và chọn phương án thiết kế máy: 4 II. Tính toán hệ thống dẫn động băng tải: 7 III. Cơ cấu kẹp phôi: 18 Chương III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 19 III. Hệ thống điều khiển mạch điện: IV. Hệ thống điều khiển bằng khí nén: SVTH: Phạm Thanh Phương,Đồng Thành Đạt,Đoàn Ngọc Hậu Trang20
- Xem thêm -