Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm cam điện tử

Những đư ng cong c a cam đƿa ph thu c vào những đặc đi m chuy n Đư ng cong công tác lƠ đư ng cong arsimet.. Khi cam ch y không hoặc lùi nhanh th hiện bằng đư ng cong parabol, đư c l y th

TÓM T T

Cam c khí là m t thi t bị đư c sử d ng nhi u trong máy móc công nghiệp

Nó bi n chuy n đ ng quay thành chuy n đ ng tịnh ti n đ đi u khi n các c c u

ch p hành…Tuy nhiên, cam c khí có m t số như c đi m là thi u linh ho t, tốn

nhi u th i gian đ thay đổi thông tin cam, làm mài mòn các chi ti t máy… Nên

ngày nay ngư i ta đã phát minh ra cam điện tử đ khắc ph c như c đi m trên c a

cam c khí

Mô hình thí nghiệm cam điện tử, đư c thực hiện từ 09/2011 đ n 02/2012 t i

trư ng đ i học sư ph m kỹ thuật Tp.HCM, là m t thi t bị có nguyên lỦ ho t đ ng

giống như cam điện tử, đ u dựa trên những thông tin cam c khí đ tính toán xây

dựng b đi u khi n cho các c c u ch p hành như đ ng c bước, tr c vit me, đai

ốc… đ t o ra những chuy n đ ng tịnh ti n giống cam c khí Đồng th i, mô hình

thí nghiệm cam điện tử cũng vẽ ra biên d ng cam c khí Từ đó, ta so sánh biên

d ng này với biên d ng c a cam c khí đ ki m tra sự chính xác c a chuy n đ ng

tịnh ti n do cam điện tử t o ra so với cam c khí

ABSTRACT

Mechanical Cam is a device, widely used in many different kinds of

industrial mechanies It is used to translate from circular to reciprocating (or

sometimes oscillating) motion to operate…However, mechanical cam has numerous

constraints such as lack of flexibility, wasted time to modify cam profiles, wear of

mechanical components…So right now, people have invented the electronic cam to

fix these constraints

Experimental model of electronic cam, made from 09/2011 to 02/2012 at

University of Technical Education HCM City, can be seen as a device which is of

the same operating principle as electronic cam It also is based on the information

cam to calculate, build control program for the actuators such as step motors, screw,

screw nut…to creat the reciprocating motions In addition, experimental model of

electronic cam also draws cam profile Since then, I can compare this profile with

profile of mechanical cam to check the accuracy of the reciprocating motion

generated by experimental model of electronic cam than mechanical cam

M C L C TRANG T A

QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI

Lụ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN ii

C M T iii

TÓM T T iv

M C L C vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

DANH SÁCH CÁC B NG x

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên cứu 1

1.2 M c tiêu, khách th đối t ng nghiên cứu 8

1.3 Nhi m v của đ tài và ph m vi nghiên cứu 8

1.4 Ph ng pháp nghiên cứu 9

Ch ng 2 C S Lụ THUY T 10

2.1 C s thi t k cam 10

2.2 C s thi t k cam đi n t 18

Ch ng 3 THI T K VÀ CH T O MỌ HÌNH CAM ĐI N T 26

3.1 Thi t k s b các chi ti t máy .26

3.2 Tính toán thi t k các chi ti t máy 32

Ch ng 4 THI T K PH N ĐI U KHI N CHO CAM ĐI N T 35

4.1 Các v n đ c n gi i quy t 35

4.2 Phơn tích vƠ đ a ra gi i pháp 36

4.3 N i suy đ ng thẳng theo ph ng pháp DDA 37

4.4 Thi t k ph n cứng cho cam đi n t 41

Ch ng 5 MÔ PH NG BẰNG MATLAB 47

5.1 Mô ph ng biên d ng cam tr c phôi 49

5.2 Mô ph ng biên d ng cam bƠn dao đòn cân 50

5.3 Mô ph ng biên d ng cam bƠn dao đứng 51

Ch ng 6 K T QU TH C NGHI M 53

6.1 Gi i thi u mô hình thí nghi m cam đi n t 53

6.2 Mô ph ng th c t 54

6.3 So sánh k t qu mô ph ng Matlab và k t qu mô ph ng th c t 60

Ch ng 7 K T LU N 62

7.1 Nh ng k t qu đ t đ c 62

7.2 H n ch của đ tƠi 62

7.3 H ng phát tri n của đ tƠi 62

TÀI LI U THAM KH O 63

PH L C 64

Hình 3.1 C c u bánh răng, thanh răng 26

Hình 3.5 Mô ph ỏng nguyên lý ho t đ ng c a mô hình thí nghiệm 31

Hình 3.6 Mô hình l ắp ráp theo kích tước tính toán 34

Hình 4.2 Biên d ng và chu trình làm việc c a cam 36

Hình 5.2 Biên d ng và các thông số cam tr c phôi 49

Hình 5.3 Biên d ng và các thông số cam bƠn dao đòn cân 51

Hình 5.4 Biên d ng và các thông số cam bƠn dao đ ng 52

Hình 6.4 Mô phỏng thực nghiệm cam bàn dao đòn cân 57

Hình 6.5 K t qu thực nghiệm cam bàn dao đòn cân 57

Hình 6.8 So sánh k t qu mô phỏng Matlab và thực t cam tr c phôi 60

Hình 6.9 So sánh k t qu mô phỏng Matlab và thực t cam bƠn dao đòn cân 60

Hình 6.10 So sánh k t qu mô phỏng Matlab và thực t cam bƠn dao đ ng 61

DANH SÁCH CÁC B NG

Hình 1.1 Thí nhiệm mô t nguyên lý ho t đ ng c a cam

Dùng m t cơy vi t chì và m t quy n sách đ làm thí nghiệm (hình1.1) Ta

dựng quy n sách nghiêng m t góc so với mặt bƠn như hình vẽ và sử d ng bút chì làm m t thanh trư t N u ta dịch chuy n quy n sách sang trái thì cây vi t chì sẽ

dịch chuy n đi lên Bằng phư ng pháp nƠy, ta đã chuy n đổi m t chuy n đ ng này thành m t chuy n đ ng khác bằng m t thi t bị r t đ n gi n Đơy lƠ nguyên lý ho t

Phân lo i

C c u cam phẳng: các khâu chuy n đ ng trong m t mặt phẳng hay trong các mặt phẳng song song nhau

Theo chuy n đ ng cam: cam quay, cam tịnh ti n

Theo chuy n đ ng c a cần: lắc, tịnh ti n, chuy n đ ng song phẳng

Theo d ng đáy c a cần: bằng, nhọn, con lăn, biên d ng b t kỳ

1.1.3 Cam đi n t

Chính vì sự thi u linh ho t vƠ không đáp ng đư c yêu cầu trong s n xu t

hiện đ i nên cam c khí ngƠy cƠng dần đư c thay th bằng thi t bị đi u khi n bằng điện tử gọi là cam điện tử

Đ nh nghĩa cam đi n t :

Cam điện tử là m t thi t bị kỹ thuật đư c sử d ng đ thực hiện chuy n

đ ng qua l i tư ng tự như cam c khí

Ta chỉ cần nhập các thông số c a cam c khí vƠo b đi u khi n , b đi u khi n sẽ tự đ ng tính toán đ đi u khi n đ ng c bước, servo… đ t o chuy n

đ ng cho c c u vit me, đai ốc, bánh răng, thanh răng…

Hình 1.6 C u t o cam điện tử

Hình 1.5 Nguyên lý ho t đ ng cam điện tử

1.1.4 Ph m vi ứng d ng của cam

C c u cam đư c sử d ng trong các máy tự đ ng, trong hệ thống đi u khi n các quá trình công nghệ và trong nhi u b phận máy như: hệ đóng m van n p, van x c a đ ng c đốt trong, đi u khi n các bánh răng di trư t dọc tr c ra vào

khớp đ thay đổi tốc đ trong các h p số, đóng gói bao bì trong công nghiệp, trong ngành công nghiệp g , xử lỦ vật liệu, máy in

1.1.5 Các k t qu nghiên cứu trong vƠ ngoƠi n c v cam đi n t

Trên th giới, cam điện tử đã đư c nghiên c u từ lơu vƠ đư c ng d ng r t nhi u trong công nghiệp C s đ thi t k các cam điện tử nƠy lƠ đ u dựa vào các thông số c b n c a cam như biên d ng cam, góc quay c a tr c phơn phối và kho ng nơng cam…đ thi t k ra m t b đi u khi n cho các đ ng c ví d như

đ ng c bước, servo, DC….Những đ ng c nƠy sẽ t o ra những chuy n đ ng

giống như cam c khí đ đi u khi n các c c u ch p hành

Sau đơy lƠ m t số b đi u khi n cam điện tử c a các hàng s n xu t lớn trên

th giới:

Hình 1.7 B đi u khi n CJW-NC[][]4

B đi u khi n CJW-NC[][]4 do hãng OMRON ch t o, b đi u khi n này

đi u khi n 2 đ ng c servo, đ t o ra chuy n đ ng tịnh ti n cho đai ốc và chuy n

đ ng quay cho tr c qu n dơy

(www.omron-ap.com/product_info/CJ1W-NC%5B%5D%5B%5D4/index.asp)

Hình 1.8 B đi u khi n Ultra 5000

B đi u khi n Ultraη000 c a hãng Rockwell Automation, b đi u khi n nƠy đi u khi n 2 đ ng c servo, đ t o ra chuy n đ ng tịnh ti n dọc cho bàn máy

và chuy n đ ng ngang cho đầu công tác

(http://www.ab.com/motion/applications/lqddsp_b.html)

Hình 1.9 B đi u khi n SDS5000 và MDS5000

B đi u khi n SDS5000 và MDS5000 c a hãng Stoeber dùng đ đi u khi n đ ng c servo Nguyên lý thi t k b đi u khi n này là dựa vào sự quan hệ

giữa vị trí, góc quay tr c phơn phối vị trí c a c c u ch p hƠnh đ xơy dựng thuật toán đi u khi n các đ ng c servo

(http://www.stoeber.de/TDE/G5/DOKUV55/441778_0004.pdf)

Hình 1.10 B đi u khi n FM 4η2

B đi u khi n FM 4η2 c a hãng Siemens, là m t modul đi u khi n đ n, vƠ

nó đư c gắn vào hệ thống tự đông S7-400 Nó đư c dùng trong những chuy n

đ ng quay và tịnh ti n Khi vận hành nó có th nhận đư c tín hiệu ph n hồi từ Encoder

(http://cache.automation.siemens.com/dnl/Tg/Tg0MTE2MQAA_1123332_HB/s7400_fm452_operating_instructions_en_en-US.pdf)

Hình 1.11 B đi u khi n XSEL – P/Q

B đi u khi n XSEL – P/Q c a hãng IAI, b đi u khi n đư c ng d ng trong các máy tự đ ng, ví d như đi u khi n cánh tay Robot, chuy n đ ng tịnh

ti n qua l i c a Robot như lƠ chuy n đ ng quay c a tr c phơn phối và chuy n

đ ng này phối h p với chuy n đ ng c a dao cắt đ cắt vật liệu liên t c mà không

ph i cần dừng băng t i

1A.pdf)

(http://www.intelligentactuator.com/pdf/XSEL_PQ_Electronic_Cam-CJ0152-Ngoài ra trên th giới cũng có r t nhi u công trình nghiên c u v cam điện

tử và những công trình nghiên c u nƠy lƠ c s đ thi t k các b đi u khi n như

đã giới thiệu phần trên

 Dean H Kim et al.,2000 [9] : Tăng hiệu su t hệ thống truy n đ ng điện, th y khí cho chuy n đ ng c a cam điện tử bằng thi t k hệ thống đi u khi n số cho

hệ thống điện, th y khí servo

 Andrzej Anderk et al.,1999[10]: Hệ thống đi u khi n cam điện tử, với hướng nghiên c u t o ra b đi u khi n kỹ thuật số cho đ ng c servor đ t o ra những chuy n đ ng tư ng đư ng giống như cam c khí t o ra B đi u khi n dựa vào

b n thông số dữ liệu v các đặc tính c a cam c khí vƠ các dữ liệu n i suy, đ o hàm c p m t đ xác định vị trí và vận tốc đ đi u khi n đ ng c servo

 Masao Ikeguchi et al.,2000 [13]: Phư ng pháp đi u đi n cam điện tử d ng dao cắt quay tròn và cách t o ra đư ng cong cam diện tử, với hướng nghiên c u là

t o ra m t phư ng pháp đi u khi n các lo i máy cắt vật liệu, đóng gói… mà

chu kỳ chuy n đ ng đư c xác định c th bằng cách sử d ng đ ng c servo t o

ra những chuy n đ ng giống như chuy n đ ng cam c khí t o ra

 Ikuo Nagamatsu et al.,2002[12]: Thi t bị cam điện tử vƠ phư ng pháp chuẩn bị

dữ liệu cam trong cam điện tử, với hướng nghiên c u là la t o ra m t thi t bị

t o ra những chuy n đ ng giống như cam bằng cách dựa vào các dữ liệu cam

có sẵn

Việt Nam, các đ tài nghiên c u v cam điện tử chưa thật sự nhi u Chính vì vậy, tôi xin chọn đ tài nghiên c u nƠy đ tìm hi u và gi i mã công nghệ thi t k b đi u khi n cam điện tử trên th giới và từ đó ng d ng nó vào trong thực tiễn, s n xu t

1.2 M c tiêu, khách th đối t ng nghiên cứu

M c đích c a luận văn: Đ gi m th i gian thay đổi biên d ng cam

M c tiêu c a luận văn : Thi t k , ch t o mô hình và b đi u khi n cam điện tử với những đặc đi m là khi nhập những thông tin cam c khí vƠo b đi u khi n, b đi u khi n sẽ tính toán, đi u khi n số cho đ ng c servo, đ ng c bước…đ t o ra những chuy n đ ng giống như chuy n đ ng do cam c khí t o ra, đồng th i cũng vẽ ra đư c biên d ng c a cam mƠ ta đang kh o sát

1.3 Nhi m v của đ tài và ph m vi nghiên cứu

Đ thực hiện m c tiêu trên, luận văn cần tập trung vào các v n đ sau:

 Tìm hi u v cách thi t k cam c khí từ đó tìm ra hướng nghiên c u cho

hệ thống đi u khi n cam điện tử

 Thi t k và ch t o mô hình c khí

 Mô phỏng đ ng học mô hình thí nghiệm đ tìm ra hướng đi u khi n

 Thi t k và thực hiện m ch đi u khi n cho mô hình thí nghiệm

 Thi t k giao diện vẽ biên d ng cam bằng phần m m Matlab

 Ki m tra k t qu đ t đư c qua ho t đ ng c a mô hình thí nghiệm

 Nhận xét k t qu và k t luận

1 4 Ph ng pháp nghiên cứu

Dựa vƠo c s lỦ thuy t đi u chỉnh máy tự đ ng, ta nghiên c u cách thi t

k cam c khí, tìm hi u các thông số c a cam c khí Từ đó, ta ti n hành số hóa các thông số đó, đ lƠm c s vi t chư ng trình cho phần đi u khi n

Ch y chư ng trình đi u khi n trên mô hình thí nghiệm cam điện tử và so sánh k t qu đ t đư c với l i k t qu mô phỏng bằng Matlab đ ki m tra đ chính xác c a b đi u khi n đư c thi t k

Ch ng 2

2.1 C s thi t k cam ( Nguồn: Theo Dư ng Bình Nam, 2006)

2.1.1 Thi t k cam đĩa

Biên d ng cam đƿa đư c vẽ dựa theo các số liệu đã đư c xác định phi u

đi u chỉnh, chu trình làm việc

Những đư ng cong c a cam đƿa ph thu c vào những đặc đi m chuy n

Đư ng cong công tác lƠ đư ng cong arsimet

Khi cam ch y không hoặc lùi nhanh th hiện bằng đư ng cong parabol,

đư c l y theo mẫu

Các đư ng cong khác nhau đư c nối b i các cung tròn

Đ tránh va đập, con lăn chỉ đư c ti p xúc đư ng cong m t đi m Vì vậy bán kính c a cung tròn ph i lớn h n bán kính con lăn kho ng 1mm

 R max: bán kính lớn nh t c a đư ng cong cam

 R min: bán kính nhỏ nh t c a đư ng cong cam

 D: đư ng kính con lăn

 R: đ dƠi tay đòn

 A: kho ng cách giữa tơm tr c phơn phối và tâm quay c a cần quay

Trên vòng tròn có bán kính R max, đư c chia làm 100 phần hoặc 3θ00

Ta l y đi m 0 t i vị trí thẳng góc với tr c cam

Từ 0 vẽ đư ng tròn bán kính R cắt đư ng tròn bán kính A t i 01

Từ 01 với khẩu đ compa R đi qua đi m chia 0, và cắt đư ng tròn bán kính

A t i 1 đi m, ta l y đi m đó lƠm đi m xu t phát, vƠ đặt các thông số từ phi u đi u chỉnh lên đư ng tròn bán kính A

Dựa vào b ng đi u chỉnh ta đặt các đi m ( các phần, góc quay hành trình công tác) lên vòng tròn có bán kính là A

N u góc quay chia bao nhiêu phần thì đ nơng h chia b y nhiêu phần

Vẽ cung tròn tư ng ng với các phần c a đ nơng

Giao đi m giữa các cung tròn và đư ng phơn chia, góc tư ng ng là các

đi m c a đư ng arsimet

Các đi m giao nhau càng nhi u, đư ng arsimet càng chính xác

Đ nơng H = rmax – rmin ( các thông số đư c ghi trong phi u đi u chỉnh) Bước xoắn t c a đư ng cong: t/h = 100/2η, t = 100h/25

Trong trư ng h p cắt ren, đư ng cong thực t h i khác so với đư ng cong

lý thuy t

Đ chênh lệch lớn nh t chi m kho ng 10% - 1η% đ nơng cắt ren

Các đư ng cong ph thu c vào th i gian gia công chi ti t

Xác định tơm (O) đối với vị trí c a cam thùng, l y các đi m tơm (O) dọc theo đư ng biên c a cam thùng

Với khẩu đ compa R, ta quay các cung tròn có tâm là (O) qua các đi m phơn đ

Dựa vào phi u đi u chỉnh, ta xác định các đư ng cong c a cam, trên hình

từ cung 10 đ n cung 40, ph i thực hiện đ nơng

Xác định các đi m giao nhau giữa các cung này, t i đi m đã xác định vẽ

đư ng tròn có đư ng kính bằng đư ng kính con lăn (d)

Vẽ đư ng ti p tuy n ngoài giữa hai đư ng tròn trên, đó lƠ đư ng công tác

thực hiện đ nơng h từ cung 10 đ n cung 40

Những rãnh cam thẳng góc với tr c quay là những đư ng cam ch y không,

Hình 2.5 S đồ chu trình làm việc c a hệ thống cam c khí

B ng 2.1 Phi u đi u chỉnh

Góc quay c a cam

21

21 0.3 5.7

-

- 42

-

- 18 + 4.5 + 9.6

- 14.1

- 7.5 + 31.2 + 7.5 + 10.8

+ 0.9 + 17.1

0.04

-

- 0.04

7 (4)

9

13

(5) (4)

3 (10) (30)

0

10

31

46 (46)

55

74 (77)

81

266

75 (291) (319)

74

81 (81)

266

275

288 (319) (324)

291

360

Thi t k cam:

Máy 112 chỉ dùng cam đƿa, đ thực hiện chu trình ta cần thi t k 3 lo i :

- Cam đi u khi n tr c phôi

- Cam bƠn dao đòn cân

- Cam bƠn dao đ ng

Dựa vào phi u đi u chỉnh ta lập đư c b ng thông số cam như sau:

Cam ụ trục phôi: Ta l y R max = 80 mm

B ng 2.2 Thông số cam tr c phôi

Góc trước Góc sau Δθ = Góc sau - Góc trước Kho ng nơng cam Δx

Cam bàn dao đòn cân:

Ta l y R max = 65 mm

B ng 2.3 Thông số cam bƠn dao đòn cân

Góc trước Góc sau Δθ = Góc sau - Góc trước Kho ng nơng cam Δx

0 180 170 160 150

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

1

2 3

4 5

5

6 7 8

0

46 55 77 81 275

288 291

266

R125

Dmax130

Dmin70 A=135

Cam bàn dao đứng:

Ta l y R min = 45.9 mm

B ng 2.4 Thông số cam bƠn dao đ ng

Góc trước Góc sau Δθ = Góc sau - Góc trước Kho ng nơng cam Δx

3 4 0

3 3 0

3 2 0

3 1 0

3 0 0

1 5 0

1 4 0

1 3 0

1 2 0

1 0

2 3 4 5 6

2.2 C s thi t k cam đi n t

Từ những c s lý thuy t v cách thi t k cam c khí đã trình bày phần trên, ta dựa vào những thông số cam c khí như: th i gian tr c công tác (tr c phơn

phối) quay h t m t vòng, đư ng cong cam, góc quay cam, kho ng dịch chuy n đ đi tìm những thông số cho cam điện tử như vận tốc di chuy n c a c

c u ch p hành, kho ng th i gian nƠo c c u ch p hành ti n, lùi, đ ng yên, di chuy n chậm hoặc nhanh…Ta sẽ bi n đổi những thông số này thành những dữ liệu

số, sau đó n p vào các Modul xử lỦ như PLC, vi đi u khi n… đ đi u khi n hệ

thống servo đ t o ra những chuy n đ ng giống như cam đƿa t o ra

- Tgc: Th i gian tr c công tác ( tr c phơn phối ) quay h t 1 vòng (s)

- T: Th i gian cho m i góc quay nâng cam Δθ, hay kho ng nơng cam ΔX (s)

- Vx: Vận tốc kho ng nơng cam ΔX tư ng ng với th i gian T (mm/s)

Ví d : Tìm các thông số c b n đ thi t k cam điện tử cho chi ti t sau:

Gi sử tr c phơn phối quay 1 vòng h t 60s

Tgc = 60 s

Ta có thông số đi u khi n cho cho cam tr phôi:

V x (mm/s)

V x (mm/s)

Ta có thông số đi u khi n cho cho cam bƠn dao đ ng:

V x (mm/s)

Hình 2.9 Modul đi u khiên PLC

PLC là vi t tắt c a Programmable Logic Controller hay Programmable Controller, thực ch t là m t máy tính điện tử đư c sử d ng trong các quá trình tự

đ ng hóa trong công nghiệp

PLC là thi t bị cho phép thực hiện linh ho t các thuật toán đi u khi n logic thông qua m t ngôn ngữ lập trình Ngư i sử d ng có th lập trình đ thực hiện m t

lo t trình tự các sự kiện Các sự kiện nƠy đư c kích ho t b i tác nhơn kích thích (ngõ vào) tác đ ng vào PLC hoặc qua các ho t đ ng có trễ như th i gian định thì hay các sự kiện đư c đ m

Kh năng giám sát ho t đ ng c a dơy chuy n s n xu t, kh năng phát hiện

l i thi t bị trư ng từ máy tính đi u khi n

Vi đi u khi n là m t máy tính đư c tích h p trên m t chíp, nó thư ng đư c

sử d ng đ đi u khi n các thi t bị điện tử Vi đi u khi n, thực ch t, là m t hệ

thống bao gồm m t vi xử lỦ có hiệu su t đ dùng và giá thành th p (khác với các

b vi xử lỦ đa năng dùng trong máy tính) k t h p với các khối ngo i vi như b

nhớ, các mô đun vƠo/ra, các mô đun bi n đổi số sang tư ng tự vƠ tư ng tự sang số, máy tính thì các mô đun thư ng đư c xơy dựng b i các chíp và m ch ngoài

Vi đi u khi n thư ng đư c dùng đ xơy dựng các hệ thống nhúng Nó xu t

hiện khá nhi u trong các d ng c điện tử, thi t bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện tho i, đầu đọc DVD, thi t bị đa phư ng tiện, dơy chuy n tự đ ng, v.v

2.2.3 Đ ng c Servo

Đ ng c servo đư c thi t k cho những hệ thống hồi ti p vòng kín Tín hiệu ra c a đ ng c đư c nối với m t m ch đi u khi n Khi đ ng c quay, vận tốc và vị trí sẽ đư c hồi ti p v m ch đi u khi n này

Khi tốc đ đ ng c bị lệch so với tốc đ cài dặt, c c u hồi ti p sẽ nhận th y tín hiệu ra chưa đ t đư c vị trí mong muốn M ch đi u khi n ti p

t c chỉnh sai lệch cho đ ng c đ t đư c đi m chính xác

Đ l y tín hiệu ph n hồi v vƠ đi u khi n chính xác đ ng c theo mong muốn, ngư i ta đã tích h p đ ng c với m t Encorder và m t b đi u khi n

Encorder đo vận tốc t c th i c a đ ng c , chuy n thành tín hiệu đi u khi n đưa v b đi u khi n

Hình 2.11 Đ ng c Servo

2.2.4 Đ ng c b c

Đ ng c bước là m t b phận truy n đ ng gia lư ng số Nó “biên

dịch “ m t chu i xung đầu vào thành m t lư ng chuy n đ ng góc tỉ lệ và

nó quay m t gia lư ng góc ng với m i xung Vị trí c a tr c đ ng c bước

đư c quy t định b i số lư ng xung, và tốc đ c a tr c chính theo bước trên giây bằng tần số đầu vào và tính theo xung trên giây (pps)

 Đ ng c bước không thích h p cho các ng d ng cần tốc đ cao

 Đông c bước gơy ra nhi u nhiễu vƠ rung đ ng

 N u qu t i, đ ng c sẽ gơy ra trư t bước gơy sai lệch

B đi u khi n vị trí chỉ thị lệnh cho đ ng c bước quay

B đi u khi n vị trí chỉ thị lệnh cho đ ng c bước quay, không có hệ thống hồi ti p l i vị trí c a bàn máy

D ng 2: Đi u khi n nửa kín

Số vòng quay c a step motor đư c mã hóa và hồi ti p v b đi u khi n vị trí B đi u khi n vị trí có th ra lệnh cho ch y hoặc dừng đ ng c theo m t lập trình sẵn có tùy thu c vào ý đồ c a ngư i thi t k

D ng 3: Đi u khi n vòng kín

Vòng hồi ti p lúc này không ph i hồi ti p từ tr c đ ng c v mà vòng hồi

ti p lúc này là hồi ti p vị trí c a bàn ch y thong qua m t thướt tuy n tính Lúc này

b đi u khi n vị trí không đi u khi n số vòng quay c a motor nữa mƠ nó đi u khi n trực ti p vị trí c a bàn ch y Các sai số tƿnh do sai khác trong các bánh răng hay hệ thống truy n đ ng đư c lo i bỏ

Hình 3.2 Đ ng c tuy n tính

u điểm:

+ Đ ng c có k t c u đ n gi n, dễ ch t o

+ Không cần c c u c khí đổi từ chuy n đ ng quay sang tịnh ti n

+ Có đ tin cậy vƠ chính xác cao, đ n gi n và an toàn trong vận hành

+ Có kh năng chuy n đ ng tịnh ti n với tốc đ cao

Nguyên lý:

Làm việc theo nguyên lý ăn khớp c a cặp ren (giữa ren trong trên đai ốc

với ren ngoài trên tr c vít me ) đ bi n chuy n đ ng quay thành chuy n đ ng tịnh

ti n

Hình 3.3 C c u tr c vít me, đai ốc

u điểm:

+ K t c u đ n gi n, nhỏ gọn và dễ ch t o

+ Kh năng t i lớn

+ Đ tin cậy cao, có th chuy n đ ng chậm với đ chính xác cao

+ Làm việc êm và không ồn, l i nhi u v lực

Nh ợc điểm:

+ Do ma sát lớn nên ren mòn nhanh

+ Hiệu su t th p

Đánh giá các ph ng án

Ba phư ng án đ u có nguyên lý chung là t o ra chuy n đ ng tịnh ti n cho c

c u ch p hƠnh đ vẽ ra đư c biên d ng cam cần kh o sát trên đƿa tròn xoay

Phư ng án 1 vƠ phư ng án 2 có k t c u đ n gi n nhỏ gọn h n phư ng án 3

Phư ng án 1 với ưu đi m t o ra chuy n đ ng vận tốc lớn, với đ tin cậy cao Nhưng có như c đi m là khó ch t o c c u bánh răng, thanh răng đ t o ra những chuy n đ ng chậm với đ chính xác cao

Phư ng án 2 với ưu đi m là nhỏ gọn, có th t o ra chuy n đ ng tịnh ti n trực

ti p từ đ ng c tuy n tính nhưng như c đi m lớn lƠ giá thƠnh cao vƠ chưa đư c sử

d ng phổ bi n trong nước nên việc ti p cận, tìm hi u v đ ng c cũng không dễ

Phư ng án 3 thì có k t c u kém nhỏ gọn h n phư ng án 1 vƠ 2 Tuy nhiên,

nó có nhi u ưu đi m là k t c u đ n gi n, dễ ch t o, có th chuy n đ ng chậm với

đ chính xác cao và giá thành rẻ

Ta th y trong ba phư ng án trên, phư ng án 3 có nhi u ưu đi m h n Nên

chọn phư ng án 3 làm mô hình thí nghiệm là phù h p nh t

Dựa vƠo s đồ nguyên lý c a phư ng án 3, ta xơy dựng đư c mô hình và

mô phỏng đ ng học mô hình thí nghiệm bằng phần m m Solidworks

Hình 3.4 Mô hình lắp ráp mô phỏng đ ng học

Hình 3.5 Mô phỏng nguyên lý ho t đ ng c a mô hình thí nghiệm

3.2 Tính toán, thi t k các chi ti t máy

3.2.1 Đĩa quay

Đường kính đĩa: vì ta ti n hành thí nghiệm dựa trên 3 lo i cam đƿa: cam

tr c phôi có đư ng kính D max = 180 mm, cam bƠn dao đòn cân có đư ng kính D max = 130mm vƠ cam bƠn dao đ ng có đư ng kính D max = 120mm Nên ta sẽ chọn

đư ng kính đƿa mô hình thí nghiệm D = 270mm

V ật liệu: ta sẽ dùng vật liệu mica có chi u dày là 2mm vì mica có khối

lư ng riêng nhỏ D = 2,76 - 3,2g/cm3 nên khối lư ng đƿa cũng sẽ không lớn theo công th c tính khối lư ng riêng D = m/V với:

+ m là khối lư ng c a đƿa (g)

+ V là th tích c a đƿa (cm3)

+ D là khối lư ng riêng (g/cm3)

Nên tính đư c khối lư ng c a đƿa m = D.V = 3,2.0,2π.272 =1465g ả 1,5 kg

Vì khối lư ng đƿa 1,η kg → trọng lư ng P= 1η N nên đ t o ra chuy n đ ng quay cho đƿa thì ta chỉ cần 1 đ ng c có công su t nhỏ lƠ đ

3.2.2 Tr c vít me, đai ốc, hi u su t b truy n

Đ xác định các kích thước ch y u c a vít me vƠ đai ốc, ta cần các thông

số kh năng t i và vận tốc chuy n đ ng tịnh ti n đai ốc đ tính toán Theo các thông số các b ng đi u chỉnh ta sẽ chọn vận tốc lớn nh t c a đai ốc là 0.02m/s

     = 7.3 mm (công th c 8.10 theo Nguyễn

   ả 7.2 (công th c 8.1 theo Nguyễn Hữu L c, 2004)

F d

Ta chọn D = 20mm