Đồ án thiết kế, chế tạo và điều khiển robot xe đua dò line

Đồ án môn học (ĐAMH) Thiết Kế Hệ Thống CơĐiện Tử yêu cầu nhóm sinh viên thực hiện hoàn chỉnh các quá trình thiết kế, chế tạo và điều khiển Robot Xe Đua Dò Line (Line Following Robot). Robot sau khi hoàn thành phải di chuyển bám theo sa bàn line phẳng cho trước (hình H.1), theo thứ tự (START) A → B → C → D → E → F → C → G → A → C → E (END), với vận tốc không nhỏ hơn 0.2

BỘ MÔN CƠ-ĐIỆN TỬ



ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ-ĐIỆN TỬ HỌC KÌ II, NĂM HỌC 2016-2017



ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ ĐIỀU KHIỂN

ROBOT XE ĐUA DÒ LINE

 GVHD: PGS.TS NGUYỄN TẤN TIẾN

 SVTH: NHÓM 1

TP HỒ CHÍ MINH, NGÀY 13 THÁNG 05 NĂM 2017

YÊU CẦU 1

MỤC TIÊU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2

Về Cơ Khí 2

1 Mô hình xe đua dò line trong nước 2

2 Mô hình xe đua dò line ngoài nước 3

3 So sánh ưu, nhược điểm 5

Về Điện 6

1 Về cảm biến 6

2 Về động cơ 8

Về Cấu Trúc Điều Khiển 8

Về Bộ Điều Khiển 10

ĐẶT ĐỀ BÀI 10

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 12

Về Cơ Khí 12

1 Phương án khả thi 12

2 Lựa chọn phương án 12

Về Điện 12

1 Lựa chọn động cơ 12

2 Lựa chọn cảm biến 13

Về Cấu Trúc Điều Khiển 13

Về Bộ Điều Khiển 13

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ 14

Thiết Kế Cơ Khí 14

1 Tính toán kích thước xe 14

2 Tính toán công suất động cơ 17

3 Tính toán moment xoắn động cơ 18

4 Dung sai 19

Thiết Kế Điện 25

1 Thiết kế cảm biến 25

2 Lựa chọn nguồn 30

3 Khối động cơ-driver 31

Thiết Kế Phần Lập Trình 36

1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 36

2 Chọn vi điều khiển 36

3 Lưu đồ giải thuật 37

Mô Hình Hóa 39

1 Mô hình hóa động học 39

2 Thiết kế bộ điều khiển 40

3 Mô hình hóa cảm biến 40

4 Cách tìm sai số 40

5 Mô hình hóa động cơ 41

6 Kết quả mô phỏng 42

7 Nhận xét 45

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 46

Kết Quả Thực Nghiệm 46

Phân Tích Thực Nghiệm 48

Đề Xuất Hiệu Chỉnh Thiết Kế 48

CHƯƠNG 5: BIỂU ĐỒ GANLT 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

Nhóm 1 1

YÊU CẦU

Đồ án môn học (ĐAMH) Thiết Kế Hệ Thống Cơ-Điện Tử yêu cầu nhóm sinh viên thực hiện hoàn chỉnh các quá trình thiết kế, chế tạo và điều khiển Robot Xe Đua Dò Line (Line Following Robot) Robot sau khi hoàn thành phải di chuyển bám theo sa bàn line phẳng cho

trước (hình H.1), theo thứ tự (START) A → B → C → D → E → F → C → G → A → C →

E (END), với vận tốc không nhỏ hơn 0.2𝑚/𝑠

H.1 Sa bàn di chuyển của robot

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Về Cơ Khí

1 Mô hình xe đua dò line trong nước

a Robot Không Độ của đội Không Độ vô địch BCR 2013

 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0.6 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =0.4 (𝑚/𝑠)

b Robot TDC1 của đội TDC1 vô địch MCR 2014

 Sơ đồ nguyên lí

H.𝟑 (a) Robot TDC1; (b) Sơ đồ kết cấu Robot TDC1

 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 24 × 160 × 80 (𝑚𝑚)

 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su (𝐷 = 40 (𝑚𝑚)) dẫn động đặt

ở phía sau, 2 bánh cao su có đường kính nhỏ hơn (𝐷 = 20 (𝑚𝑚)) đặt ở phía trước thực hiện chức năng như rẽ hướng, phần bộ phận cảm biến tiếp xúc trực tiếp với đường line không có bi lăn hoặc bánh mắt trâu ở giữa

 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0.7 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =0.4 (𝑚/𝑠)

]

 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su (𝐷 = 40 (𝑚𝑚)) dẫn động đặt

ở phía sau, 2 bánh cao su tự lựa có đường kính lớn hơn (𝐷 = 50 (𝑚𝑚)) đặt ở phía trước thực hiện chức năng như 2 bánh castor, phần bộ phận cảm biến tiếp xúc trực tiếp với đường line không có bi lăn hoặc bánh mắt trâu ở giữa

 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0.7 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =0.5 (𝑚/𝑠)

2 Mô hình xe đua dò line ngoài nước

a Robot Pika của đội Mechatron vô địch Cyberbot 2015, Poznan

 Sơ đồ nguyên lí

H.𝟓 (a) Robot Pika; (b) Sơ đồ kết cấu Robot Pika

 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 280 × 180 × 50 (𝑚𝑚)

 Số bánh xe: Xe 𝑐ó 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su dẫn động (𝐷 = 34 (𝑚𝑚)) đặt

ở khung chính, 2 bánh mắt trâu đặt ở dãy cảm biến thực hiện chức năng như 2 bánh castor

 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 2.7 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =1.9 (𝑚/𝑠)

b Robot Green Gaint V4.1 tại cuộc thi Micromouse 2013-2014

 Sơ đồ nguyên lí

(a) (b)

H 𝟔 (a) Robot Green Gaint V4.1; (b) Sơ đồ kết cấu Green Gaint V4.1

 Kích thước: 𝐿 × 𝑊 × 𝐻 = 190 × 110 × 40 (𝑚𝑚)

 Số bánh xe: Xe có 4 bánh, trong đó 2 bánh cao su phía trước dẫn động (𝐷 =

40 (𝑚𝑚)), 2 bánh cao su phía sau là 2 bánh castor

 Vận tốc xe: Vận tốc cực đại 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 3.5 (𝑚/𝑠), vận tốc trung bình 𝑣𝑎𝑣𝑔 =

H.𝟖 (a) Robot Dave; (b) Sơ đồ kết cấu Robot Dave

3 So sánh ưu, nhược điểm

a Về kết cấu

 Xe 4 bánh

Mô hình

1 Bám đường Tốt: Có kết cấu khớp bản lề Không tốt Không tốt

2 Vào cua Khó: Do hiện tượng trượt Khó Dễ: Kết cấu bánh tự lựa

3 Điều khiển Không phức tạp: Lái và

chuyển động tách biệt

Không phức tạp

Phức tạp: Lái và chuyển động kết hợp

Mô hình

VS

1 Bám đường Không tốt Không tốt Tốt: Có kết cấu khớp cầu

 Xe 3 bánh

Mô hình

b Về số lượng bánh xe

1 Đồng phẳng Khó đảm bảo đồng phẳng Luôn đồng phẳng

2 Độ ổn định khi có vật cản Vẫn giữ được độ ổn định Khó giữ được độ ổn định

Về Điện

1 Về cảm biến

Phần lớn các robot dò line hiện nay sử dụng các loại cảm biến quang để nhận biết

vị trí tương đối của đường line so với xe, từ đó xử lí để đưa ra tín hiệu điều khiển Có hai phương pháp thường được sử dụng cho robot dò line là phương pháp sử dụng camera và các loại cảm biến quang dẫn:

 Trường hợp sử dụng camera để phát hiện vị trí line thì người ta sử dụng hình ảnh thu được tử đường line thực tế [5], sau đó xử lý và dùng các giải thuật xử lý ảnh để xác định vị trí và góc lệch của xe so với đường line Các xe sử dụng camera như Smart Car trong cuộc thi The Freescale 2012 hay Raspberry Pi Line Following Robot trong cuộc thi Robocup Junior Competition Flanders 2014…

 Trường hợp sử dụng cảm biến quang dẫn được sử dụng phổ biến trong các cuộc thi robot dò line hiện nay Điển hình như quang điện trở hoặc phototransistor kết hợp với LED Hai loại cảm biến này có nguyên tắc hoạt động giống nhau, bộ thu sẽ thu tín hiệu ánh sáng phản xạ từ bộ phát xuống mặt đất, từ đó xử lí để xác định vị trí của đường line Các xe sử dụng phototransistor cho bộ phận dò line như Usain Volt 2.0, Thunderbolt…

Nhóm 1 7

Bảng so sánh giữa các loại cảm biến

1 Thời gian xử lý 6 − 10 (frame/𝑠) 20 − 30 (𝑚𝑠) 15 (𝜇𝑠)

Có 2 cách đọc giá trị áp của bộ phận thu cảm biến trả về:

 Cách thứ nhất là đọc theo dạng analog với sơ đồ điện của một cảm biến như hình

H.𝟏𝟎 Tín hiệu analog đọc được từ cảm biến qua phép xấp xỉ để tìm ra vị của xe so với tâm đường line [6] Các giải thuật xấp xỉ theo bậc 2, theo trọng số (hình H.𝟏𝟏) cho sai số dò line khác nhau

H.𝟏𝟎 Sơ đồ điện đọc giá trí analog của cảm biến hồng ngoại

H.𝟏𝟏 (a) Xấp xỉ bậc 2; (b) Xấp xỉ theo trọng số

 Cách thứ hai là đọc digital Tín hiệu đầu ra của cảm biến vẫn là anlog nhưng sau đó thông qua mạch lấy ngưỡng, hoặc lấy ngưỡng bằng lập trình để cho ra 2 giá trị logic

0 hoặc 1 ứng với vị trí của cảm biến trên đường line hoặc ngoài đường line Sơ đồ

mạch đọc giá trị cảm biến của phương pháp này như hình H.𝟏𝟐

H 𝟏𝟐 Sơ đồ điện của 1 cảm biến để đọc giá trị digital

Để điều khiển robot theo quỹ đạo, người thiết kế lập trình xác định độ lệch tương đối giữa quỹ đạo của robot và quỹ đạo mong muốn, sau đó so sánh độ lệch đó thành

các mức và điều khiển lái robot quay về quỹ đạo như hình H.𝟏𝟑 [7]

`

Giữa vạch Lệch trái mức 1 Lệch trái mức 2 Lệch phải mức 1

2 Thời gian đọc tín hiệu Tốn nhiều thời gian Tốn ít thời gian

2 Về động cơ

Hầu hết các xe dò line trong thực tế đều dùng động cơ dc có gắn encoder, vì có bộ Encoder hồi tiếp nên đảm bảo được độ ổn định và chính xác cho hệ thống Đối với các xe việc chuyển hướng không dùng bánh đa hướng thì có thể dùng Rc Servo để điều khiển hướng di chuyển Các xe như Usain Volt 2.0 sử dụng động cơ 50:1 HP gearmotors , Silvestre-line sử dụng động cơ Maxon DC motor

Về Cấu Trúc Điều Khiển

Mạch xe dò line gồm các thành phần cơ bản gồm mạch cảm biến (sensor); mạch điều khiển (micro controller); mạch lái động cơ (driver) Có hai phương pháp chính để kết nối phần cứng với nhau là điều khiển tập trung và điều khiển phân cấp

 Trong điều khiển tâp trung, một MCU duy nhất đồng thời: nhận và xử lý tín hiệu từ cảm biến, nhận và xử lý tín hiệu từ hai encoder, thực hiện chương trình chính, tính giá trị điều khiển và truyền cho hai động cơ Cấu trúc này được sử dụng nhiều trong thực tế trong hầu hết các mô hình xe: HBFS, Pika,…

H.𝟏𝟒 Sơ đồ cấu trúc tập trung

 Trong điều khiển phân cấp, nhiều MCU sẽ được sử dụng, trong đó 1 MCU đóng vai trò là master dùng tính toán cho chương trình điều khiển chính Các MCU còn lại đóng vai trò là slave, thực hiện các tác vụ riêng biệt như: thu nhận và xử lí tín hiệu

từ cảm biến, tính toán vị trí tương đối của xe so với line và truyền về cho master; thu nhận tín hiệu từ encoder, tính toán luật điều khiển cho động cơ

Bảng so sánh cấu trúc điều khiển

2 Tài nguyên (năng

Về Bộ Điều Khiển

 Robot bán line có thể được điều khiển bằng bộ điều khiển on-off[9], [10] Với bộ điều khiển này chỉ cần dùng 2 cảm biến đặt cách nhau 1 khoảng lớn hơn chiều rộng của đường line, khi một cảm biến nằm trên line thì động cơ tương ứng bên đó sẽ đứng yên, và ngược lại, và 𝑐ả 2 động cơ sẽ cùng quay khi không có cảm biến nào nằm trên đường line Phương pháp điều khiển này không thể áp dụng cho robot thực hiện tác

vụ đua đồng thời cũng không thể điều khiển robot bám line với sai số nhỏ

 Bộ điều khiển PID[11] được xem như một giải pháp đa năng cho các ứng dụng điều khiển tương tự hay điều khiển số Hơn 90% các bộ điều khiển trong công nghiệp được sử dụng là bộ điều khiển PID Nếu được thiết kế tốt, bộ điều khiển PID có khả năng điều khiển hệ thống đáp ứng tốt các chỉ tiêu chất lượng như đáp ứng nhanh, thời gian quá độ ngắn, độ quá điều chỉnh thấp, triệt tiêu được sai lệch tĩnh Tuy nhiên, bộ điều khiển PID có nhược điểm là chỉ đạt kết quả tốt trong hệ tuyến tính, xảy ra nhiễu

ở khâu vi phân dẫn đến sai lệch lớn ở đầu ra

 Với bộ điều khiển fuzzy[12], thực hiện gồm 3 bước: mờ hóa, thực hiện luật hợp thành

và giải mờ Sai số đầu ra của bộ điều khiển phụ thuộc hoàn toàn vào luật mờ Đưa ra

luật mờ tốt sẽ được sai số đầu ra nhỏ và ngược lại

 Bộ điều khiển self-tuning fuzzy PI[13], đây là bộ điều khiển kết hợp giữa PI và fuzzy, hai thông số 𝐾𝑃 và 𝐾𝐼 được chỉnh định bởi bộ điều khiển fuzzy Bộ điều khiển này được ứng dụng trong các hệ phi tuyến MIMO, điều khiển robot theo các quỹ đạo phức tạp và ổn định đối với tác động của nhiễu Tuy nhiên bộ điều khiển này phải thiết kế phức tạp hơn bộ điều khiển PID hoặc fuzzy

 Bộ điều khiển Following tracking[14], bộ điều khiển này xem xét 3 sai số của robot

và line theo phương tiếp tuyến 𝑒1, theo phương pháp tiếp tuyến 𝑒2, và theo góc lệch giữa robot với line 𝑒3 để điều khiển robot thông quá các biến điều khiển là vận tốc góc và vận tốc dài Bộ điều khiển này cho kết quả bám line tốt, với sai số nhỏ Tuy nhiên để có được bộ 3 sai số trên, ta phải sử dụng camera thay vì sử dụng cảm biến

 Có thể kết hợp bộ điều khiển và giải thuật tự học đường Q – learning[15] để thêm khả năng ghi nhớ đường đi nhằm thay đổi thông số phù hợp với từng chặn đường, giúp tăng khả năng đáp ứng của xe sau mỗi lần chạy, như xe Silvestre và CartisX04

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Về Cơ Khí

1 Phương án khả thi

Do tính chất của cuộc thi là xe được làm ra nhằm phục vụ cho mục tiêu dùng để đua Vì vậy, cần phải lựa chọn những mô hình có khả năng bám đường tốt, vào cua dễ và kết cấu càng tối giản càng tốt để hạn chế được trọng lượng xe cùng với những sai số phát sinh không mong muốn, tăng tính khả thi cho quá trình chế tạo về sau Những phương án thỏa mãn đa phần các tiêu chí vừa nêu:

 Robot Green Gaint v4.1

3 bánh không thể nào đáp ứng tốt yếu tố đó được như xe 4 bánh Mặt khác, nếu xét về phương diện robot dò line, tức yếu tố “dò line” là yếu tố quan trọng nhất thì xe Pika vượt trội so với xe Green Gaint ở chỗ 2 bánh xe trước ngoài khả năng giúp xe bám đường tốt còn giúp cho cảm biến luôn giữ được khoảng cách mong muốn so với mặt sa bàn trong suốt quá trình đua Yếu tố đó giúp cho xe đảm bảo đáp ứng được sai số của hệ thống khi

di chuyển với tốc độ cao

Tuy nhiên, xe Pika có nhược điểm là khả năng bám đường không được tốt do kết cấu xe không có khớp bản lề hoặc khớp cầu để đảm bảo 4 bánh xe đồng phẳng Nhưng trái lại, việc đó giúp hạn chế sai số cơ khí lớn, đồng thời nếu 4 bánh xe không đồng phẳng thì chỉ có thể là 1 trong 2 bánh mắt trâu phía trước không tiếp xúc được với mặt đường

do đường kính nhỏ hơn nhiều so với bánh cao su, điều đó không hề ảnh hưởng lớn đến mục tiêu mong muốn

Từ những phân tích trên chỉ ra rằng mô hình Robot xe Pika là hợp lí nhất Do đó, nhóm quyết định lựa chọn phương án có sơ đồ nguyên lí như sau:

H 𝟏𝟔 Phương án khả thi thiết kế Cơ Khí

Về Điện

1 Lựa chọn động cơ

Yêu cầu: Động cơ phải đáp ứng được vận tốc 1 (𝑚/𝑠) đã đề ra

Kết luận: Sử dụng động cơ DC có gắn encoder

Về Cấu Trúc Điều Khiển

Yêu cầu: Dễ kiểm tra lỗi và phân chia module

Kết luận: Nhóm quyết định lựa chọn phương án điều khiển phân cấp

Về Bộ Điều Khiển

Nhóm chọn bộ điều khiển Following tracking, vì đây là bộ điểu khiển phổ biến trong các nghiên cứu về khả năng bám theo quỹ đạo cho trước cho mobile robot, đáp ứng được các sai số và vận tốc nhóm đặt ra

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ

Thiết Kế Cơ Khí

Tiêu chí của quá trình thiết kế cơ khí là có thể xác định được những điều kiện cần thiết về động lực học nhằm giải quyết đầu bài đặt ra Cụ thể là phân tích sự ảnh hưởng rồi

từ đó đưa ra lựa chọn hợp lí đối với các thông số sau:

 Kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao xe

 Khoảng cách giữa trục bánh xe trước và sau

 Công suất và moment xoắn của động cơ

 Đường kính bánh xe

Ngoài việc đáp ứng được các yêu cầu về động lực học, kết cấu khung xe còn phải thỏa mãn các điều kiện về sai số Do đó việc tính toán để lựa chọn hợp lí về dung sai, vật liệu của các chi tiết sẽ được tiến hành sau khi có vẽ bản phác thảo xe Từ đó, đưa ra các bản vẽ cần thiết để phục vụ cho quá trình chế tạo

1 Tính toán kích thước xe[1]

 Do phương án lựa chọn là xe 4 bánh với 2 bánh sau dẫn động và 2 bánh trước là 2 bánh mắt trâu nên các mô hình động lực học của xe được mô tả như sau:

 Mô hình động lực học khi xe chuyển động thẳng như hình H.6

H.𝟏𝟕 Mô hình động lực học chung khi xe chuyển động thẳng Các thông số từ hình

−2𝐹𝑧1𝑎1+ 2𝐹𝑧2𝑎2− 2𝐹𝑥2ℎ = 0

⟹{

𝑎𝑔

𝑎𝑔

H.𝟏𝟖 Mô hình động lực học khi xe vào cua

 Từ đó, ta được mô hình động lực học khi nhìn trực diện như hình H 𝟏𝟗

H.𝟏𝟗 Mô hình động lực học khi xe vào cua nhìn từ mặt trước Phương trình động lực học cho xe

Dựa vào mô hình thiết kế phác thảo trên phần mềm SolidWork cho ta các thông số như sau 𝑙 ≈ 156; 𝑎1 ≈ 96; 𝑎2 ≈ 60; ℎ ≈ 36; 𝑤 ≈ 152

Kiểm tra các điều kiện

{

0.051 ≤ 1.67

1 < 1.21

1 ≤ 3.220.051 ≤ 0.2

2 Tính toán công suất động cơ[1]

 Công suất cần cung cấp cho xe di chuyển ổn định với tốc độ 𝑣

𝑃𝑜𝑢𝑡 = 𝑃 + 𝑃′

Công suất cung cấp

𝑃𝑖𝑛 =𝑃𝑜𝑢𝑡

𝜂 = 𝐾 𝑃𝑜𝑢𝑡Với 𝜂 = 𝑛𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝜂𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑙𝑒𝑟𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛

Thông thường: 𝑛𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 0.9; 𝜂𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑜𝑙𝑙𝑒𝑟 = 0.75; 𝜂𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 = 0.97

Chọn 𝐾 = 2

𝑃𝑖𝑛 = 2𝑃𝑜𝑢𝑡Tóm lại, công suất động cơ được tính như sau

𝑃𝑖𝑛 = 2𝑃𝑜𝑢𝑡 = 2(𝑃 + 𝑃′) Trong đó

𝑃 = (𝜇𝑟𝑚𝑔 + 0.3𝐴𝑣2)𝑣

𝑃′= 12

𝑚𝑣2

𝑡

𝑣 = 𝜔 𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙Kết quả tính toán

𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙×

602𝜋≈ 240 (𝑟𝑝𝑚)

𝑃𝑖𝑛= 3.65 (𝑤)

3 Tính toán moment xoắn động cơ[1]

 Tổng lực kéo của xe

𝐹𝑘 = 𝐹𝑓+ 𝐹𝑡𝑡 = 𝜇𝑟𝑚𝑔 + 0.3𝐴𝑣2 + 𝑚𝑎

Nhóm 1 19

⟹ 𝜏 = 𝐹𝑘 𝑟𝑤ℎ𝑒𝑒𝑙Momen cực đại

tiết và ngăn ngừa các chấn động của chi tiết khi quay (Hình H.𝟐𝟏)

𝜙7𝐾7

H 𝟐𝟏 Dung sai lắp ghép giữa động cơ và đồ gá

 Mối lắp giữa phần thân trụ của vis shoulder bolt với đồ gá: là mối ghép cố định, dùng

để định tâm với độ chính xác cao các lỗ dưới mặt đáy của đồ gá với các lỗ trên khung

xe, phần trục của vis cần có thể dịch chuyển tịnh tiến để lắp phần ren của vis với phần ren của lỗ cho việc cố định giữa đồ gá và khung xe Mối lắp giữa vis shoulder bolt

và đồ gá được lắp theo hệ thống trục vì vis shoulder bolt là chi tiết chế tạo sẵn Do

đó chọn mối lắp 𝜙6𝐻7/ℎ6 (Hình H.𝟐𝟐)

 Mối lắp giữa phần thân trụ của vis shoulder bolt với khung xe: yêu cầu của mối lắp giống với như mối lắp vis với đồ gá nên chọn mối lắp 𝜙6𝐻7/ℎ6 (Hình H.𝟐𝟐)

H 𝟐𝟐 Dung sai lắp ghép giữa vis với đồ gá và khung xe

 Từ dung sai lắp ghép ở trên, tra bảng P4.1[1] ta có được các dung sai kích thước như sau: lỗ 𝜙7−0.01+0.005, lỗ 𝜙6+0.012

Bảng 4.1 Miền dung sai sai lệch kích thước giới hạn lỗ (trích từ bảng P4.1)

+3 -9

+5 -10

Nhóm 1 21

𝐴1

𝐴

𝐴2

H 𝟐𝟒 Các khâu hình thành chuỗi kích thước

 Từ hình trên ta được chuỗi kích thước như sau

𝐴1𝐴

Ta có:

Phương trình cơ bản của chuỗi kích thước là:

𝐴 = 𝐴2− 𝐴1Kích thước danh nghĩa của khâu khép kín:

𝐷𝐴 = 𝐷𝐴2 − 𝐷𝐴1 = 15 − 15 = 0 (𝑚𝑚) Tính cấp chính xác chung của các khâu thành phần

Ta có:

𝑎𝑚 = 𝐴

𝑖𝑖

𝑚+𝑛 𝑖=1

Với 𝑖1 = 𝑖2 = 0.45√𝐷3 + 0.001𝐷 = 0.45√153 + 0.001 × 15 = 1.08

𝑎𝑚 =702𝑖 =

70

2 × 1.08≈ 33 Dựa vào bảng 4.1, ta thấy 𝑎𝑚 gần với 40 nên ta chọn cấp chính xác 9 làm cấp chính xác chung cho các khâu thành phần

Với cấp chính xác IT9 ta tra sai lệch giới hạn và dung sai cho khâu 𝐴2

𝐴2 = 15𝐻9 = 15+0.043 (𝑚𝑚) Chọn khâu 𝐴1 là khâu để lại tính, vì nó là khâu giảm nên:

𝑇1 = 𝑇 − ∑ 𝑇𝑖

𝑚+𝑛

𝑖=1

= 70 − 43 = 37 (𝜇𝑚) Tính sai lệch

𝐴1 và 𝐴2 như nhau đều là 15+0.04

 Tương tự, xét trên mặt phẳng chứa ∆𝑥 và song song với mặt cắt dọc trục động cơ,

ta có các khâu hình thành chuỗi kích thước như hình vẽ (Hình H.𝟐𝟓)

𝐴2

H 𝟐𝟓 Các khâu hình thành chuỗi kích thước

Từ hình trên ta được chuỗi kích thước như sau

𝐴1𝐴

Nhóm 1 23

Vì ∆𝑥≤ 0.07 và 2 chi tiết đồ gá có thể đổi lẫn cho nhau nên dung sai khâu khép kín 𝐴 từ −0.035 đến +0.035 Từ đó ta cần tính toán lại dung sai của các khâu thành phần 𝐴1, 𝐴2

Ta có:

Phương trình cơ bản của chuỗi kích thước là:

𝐴 = 𝐴2− 𝐴1Kích thước danh nghĩa của khâu khép kín:

𝐷𝐴 = 𝐷𝐴2 − 𝐷𝐴1 = 40 − 20 = 20 (𝑚𝑚) Tính cấp chính xác chung của các khâu thành phần

Ta có:

𝑎𝑚 = 𝐴

𝑖𝑖

𝑚+𝑛 𝑖=1

Với 𝑖1 = 0.9; 𝑖2 = 1.08

𝑎𝑚= 70

𝑖1+ 𝑖2 =

700.9 + 1.08≈ 36 Dựa vào bảng 4.1, ta thấy 𝑎𝑚 gần với 40 nên ta chọn cấp chính xác 9 làm cấp chính xác chung cho các khâu thành phần

Với cấp chính xác IT9 ta tra sai lệch giới hạn và dung sai cho khâu 𝐴2

𝐴2 = 42𝐻9 = 42+0.062 (𝑚𝑚) Chọn khâu 𝐴1 là khâu để lại tính, vì nó là khâu giảm nên:

𝑇1 = 𝑇 − ∑ 𝑇𝑖

𝑚+𝑛

𝑖=1

= 70 − 62 = 8(𝜇𝑚) Tính sai lệch

 Dung sai vị trí của lỗ cho mối lắp vis

 Sai lệch cho phép ∆𝑙 từ chuẩn đến tâm lỗ cho loại mối ghép vis được xác định theo công thức

∆𝑙 = ±0.18(𝑑 − 𝑑0)

 Đối với lỗ lắp vis M3 ta lần lượt có 𝑑 = 3.3, 𝑑0 = 3

⟹ ∆l = ±0.054

 Đối với lỗ lắp vis M5 ta lần lượt có 𝑑 = 5.5, 𝑑0 = 5

⟹ ∆𝑙 = ±0.09

 Vì phần thân trụ M6 của vis shoulder bolt đồng tâm với phần ren M5 nên sai lệch

vị trí của lỗ M6 dựa vào sai lệch vị trí của lỗ M5

c Dung sai hình học

 Do cấp chính xác chung của cả chi tiết là cấp chính xác 9 nên quan hệ giữa dung sai

kích thước với dung sai hình dáng và vị trí được chọn theo mức A

 Dựa vào mức chính xác ta tính được các dung sai hình học như sau:

 Dung sai độ thẳng, độ phẳng của mặt chuẩn B bằng 60% dung sai kích là 0.03

 Dung sai độ vuông góc của mặt trước C so với mặt B là 0.03 vì cấp chính xác 9

và kích thước là 28

 Dung sai độ song song so với mặt C là 0.015 vì cấp chính xác 9 và kích thước là

3

 Đối với các lỗ thì dung sai độ trụ và độ đối xứng là 30% dung sai kích thước

 Dung sai độ trụ và độ đối xứng đối với lỗ M5, M6 và M7 là 0.004