Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hoạt động của tay máy robot hàn hồ quang 6 bậc tự do chuỗi động hở

Tóm tắt các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả: - Thiết kế được hoàn chỉnh phần cơ khí tay máy robot hàn hồ quang 6 bậc tự do trong đáng lưu ý là phần tính toán lựa chọn động c

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này không sao chép bất cứ tài liệu nào hiện đang sử dụng (ngoại trừ tài liệu tham khảo và những kiến thức cơ bản trong các tài liệu học tập và nghiên cứu đƣợc phép sử dụng)

Nội dung nghiên cứu bao gồm: Tổng quan về robot hàn, Tính toán thiết kế các khâu, Mô phỏng hoạt động của tay máy robot bằng OpenGL

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những lời cam đoan của mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả

Trần Duy Thúy

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU ………4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 12

1.1 CẤU TẠO CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP 12

1.2 Tay máy robot 13

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC KHÂU 19

2.1Tính toán trục 6 19

2.2 Tính toán trục 5 30

2.3 Tính toán trục 4 42

2.3 Tính toán trục 3 53

2.4 Tính toán trục 2 66

2.5 Tính toán trục 1 80

CHƯƠNG III – MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG TAY MÁY ROBOT BẰNG LẬP TRÌNH MFC SỬ DỤNG THƯ VIỆN OPENGL 94

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OPENGL 94

3.1.1 OpenGL 94

3.1.2 Đặc điểm của OpenGL 95

3.2 GIỚI THIỆU NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH VISUAL C++ VÀ ỨNG DỤNG MFC ……….…….96

3.3 MÔ PHỎNG BÀI TOÁN CẦN THỰC HIỆN 97

3.3.1 Cách tạo một Project MFC để mô phỏng hoạt động 97

3.3.2 Khởi tạo và thiết lập các gói thƣ viện của OpenGL 103

3.3.3 Tạo các hàm 105

3.3.4 Thiết kế các mô hình đối tƣợng 3D trên SolidWorks 126

3.3.5 Chạy mô phỏng sau khi hoàn thành 129

KẾT LUẬN 131

TÀI LIỆU THAM KHẢO 132

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU

FMS Flexoble Manufacturing Systems

CIM Computer Integrated Manufacturing

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1: Cấu hình của robot công nghiệp……… … 13

Hình 1.2: Kết cấu tay máy robot…… ……… 13

Hình 1.3: Tay máy robot kết cấu song song……… ……… 14

Hình 1.4: Tay máy robot hàn có cấu trúc nối tiếp……… 15

Hình 1.5: Ba chuyển động tịnh tiến và ba chuyển động quay của tay máy robot………

18 Hình 2.1: Thiết kế khâu 6 - Mỏ hàn……… 19

Hình 2.2: Đặc trưng hình học của khâu 6……… 20

Hình 2.3: Đồ thị đặc tính tải khớp 6……… 22

Hình 2.4: Hình ảnh hộp giảm tốc……… 25

Hình 2.5: Kết cấu hộp giảm tốc……… 27

Hình 2.6: Động cơ trục 6……… 29

Hình 27: Kích thước động cơ trục 6……… 30

Hình 2.8: Thiết kế và lắp ghép khâu 5……… 30

Hình 2.9: Đặc trưng hình học khâu 5……… 31

Hình 2.10: Lắp ghép khâu 5 và 6……… 31

Hình 2.12: Kết cấu hộp giảm tốc trục 5………

Hình 2.13: Động cơ trục 5………

34 37 Hình 2.14: Kích thước động cơ trục 5……… 39

Hình 2.15: Thiết kế và lắp ghép khâu 4……… 41

Hình 2.16: Thiết kế và lắp ghép khâu 4-6……… 42

Hình 2-17: Đặc trưng hình học cụm lắp ghép khâu 4-6……… 42

Hình 2.18: Hộp giảm tốc trục 4……… 43

Hình 2.19: Kết cấu hộp giảm tốc trục 4……… 43

Hình 2.20: Động cơ dẫn động trục 4……… 49

Hình 2.21: Kích thước động cơ dẫn động trục 4……… 50

Hình 2.22: Thiết kế khâu 3……… 52

Hình 2.23:Đặc trưng hình học khâu 3……… 53

Hình 2.24:Thiết kế lắp ghép cụm khâu 3+4+5+6……… 53

Hình 2.25: Đặc trưng hình học cụm khâu 3+4+5+6……… 54

Hình 2.26: Hộp giảm tốc trục 3……… 54

Hình 2.27: Kích thước hộp giảm tốc trục 3……… 55

Hình 2.28: Kích thước động cơ trục 3……… 56

Hình 2.29: Hình ảnh động cơ trục 3……… 60

Hình 2.30: Thiết kế khâu 2……… 61

Hình 2.31: Đặc trưng hình học khâu 2……… 65

Hình 2.32: Lắp ghép cụm khâu (2+3+4+5+6)……… 65

Hình 2.33: Đặc trưng hình học cụm khâu (2+3+4+5+6)……… 66

Hình 2.34: Hộp giảm tốc trục 2……… 67

Hình 2.35: Kích thước hộp giảm tốc trục 2……… 67

Hình 2.36: Kích thước động cơ trục 2……… 68

Hình 2.37: Hình ảnh động cơ trục 2……… 71

Hình 2.38: Thiết kế khâu 1……… 74

Hình 2.39: Đặc trưng hình học khâu 1……… 75

Hình 2.40: Thiết kế cụm khâu lắp ghép (1+2+3+4+5+6)……… 79

Hình 2.41: Đặc trưng hình học cụm khâu (1+2+3+4+5+6)……… 79

Hình 2.42: Hộp giảm tốc trục 1……… 80

Hình 2.43: Kích thước hộp giảm tốc trục 1……… 81

Hình 2.44: Kích thước động cơ trục 1……… 81

Hình 2.45: Hình ảnh động cơ trục 1……… 82

Hình 3.13: Ví dụ mô bình 3D vẽ bằng Solidwork……… 125

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng chế độ làm việc khâu 6……… 20

Sơ đồ động học khâu 6……… 21

Đồ thị đặc tính tải khớp 6……… 23

Động cơ dẫn động trục 6 ……… 26

Đặc trƣng hình học bản lắp ghép khâu 5 và 6……… 29

Bảng chế độ làm việc của khâu 5……… 32

Đồ thị đặc tính tải khâu 5……… 33

Thông số hộp giảm tốc khâu 5……… 34

Động cơ dẫn động trục 5 ……… 35

Bảng chế độ làm việc của khâu 4……… 38

Đồ thị đặc tính tải khâu 4……… 41

Thông số hộp giảm tốc khâu 4……… 44

Động cơ dẫn động trục 4 ……… 47

Bảng chế độ làm việc của khâu 3……… 49

Đồ thị đặc tính tải khâu 3……… 52

Thông số hộp giảm tốc khâu 3……… 55

Động cơ dẫn động trục 3……… 57

Bảng chế độ làm việc của khâu 2 ……… 58

Đồ thị đặc tính tải khâu 2……… 60

Thông số hộp giảm tốc khâu 2……… 64

Động cơ dẫn động trục 2……… 69

Bảng chế độ làm việc của khâu 1……… 71

Đồ thị đặc tính tải khâu 1……… 86

Thông số hộp giảm tốc khâu 1……… 88

Động cơ dẫn động trục 1……… 92

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Tay máy là bộ phận rất quan trọng của robot quyết định đến độ cứng vững, độ chính xác hoạt động và tải trọng có ích của robot Việc nghiên cứu thiết kế tay máy robot một cách tối ưu sẽ góp phần nâng cao các chỉ tiêu kỹ thuật cho robot Từ trước đến nay nhiều đề tài nghiên cứu về robot sử dụng tay máy có sẵn mà không đi sâu tính toán thiết kế một cách đầy đủ, khoa học Để tiến tới chế tạo robot mang thương iệu Việt Nam trước hết phải hoàn chỉnh được thiết kế về tay máy và hệ thống điều khiển

Trước nhu cầu như vậy tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hoạt động của tay máy robot hàn hồ quang 6 bậc tự do chuỗi động hở”

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của luận văn:

Thiết kế kết cấu cơ khí và mô phỏng hoạt động robot hàn hồ quang 6 bậc tự

do chuỗi động hở nhằm làm chủ thiết kế để tiến tới triển khai chế tạo tại Việt nam thay thế cho nhập khẩu

Phạm vi nghiên cứu:

+ Tay máy robot hàn hồ quang 6 bậc tự do chuỗi động hở

Nội dung nghiên cứu:

- Tính toán chọn bộ truyền động cho các khớp

- Tính toán chọn động cơ cho các khâu

- Thiết kế các khâu, khớp

- Mô phỏng hoạt động của tay máy robot

Tóm tắt các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả:

- Thiết kế được hoàn chỉnh phần cơ khí tay máy robot hàn hồ quang 6 bậc tự

do trong đáng lưu ý là phần tính toán lựa chọn động cơ và hộp giảm tốc

- Mô phỏng hoạt động của tay máy bằng OpenGL

Phương pháp nghiên cứu:

- Tham khảo các dạng tay máy robot hàn của các hãng trên thế giới

- Tập hợp các ý kiến đóng góp của các chuyên gia về lĩnh vực hàn, tự động hoá và các chuyên gia về công nghệ chế tạo cơ khí

- Thu thập các tài liệu kỹ thuật liên quan việc tính toán, thiết kế

- Ứng dụng thư viện OpenGL để mô phỏng hoạt động của robot

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP

1.1 CẤU TẠO CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP

Về mặt truyền động và điều khiển, robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động Các cơ cấu tác động này có thể hoạt động phối hợp với nhau để thực hiện những công việc phức tạp dưới sự điều khiển của một bộ phận có cấu tạo như máy tính, còn gọi là những bộ điều khiển PC - based Với những đặc điểm về cấu tạo và hoạt động thì robot thường được sử dụng trong các hệ thống sản xuất linh hoạt dạng workcell (FMS - Flexoble Manufacturing Systems) và các hệ thống sản xuất tích hợp máy tính (CIM - Computer Integrated Manufacturing) Càng ngày các dây chuyền sản xuất tự động có sử dụng robot thay thế dần các dây chuyền sản xuất tự động với chương trình hoạt động “cứng” trước đây

Việc ứng dụng robot vào sản xuất gắn liền với sự hiểu biết đầy đủ các vấn đề

có liên quan chặt chẽ với nhau như các dạng nguồn dẫn động, các hệ thống và chế

độ điều khiển, các cảm biến trang bị trên robot, khả năng của phần mềm và ngôn ngữ lập trình cũng như chọn lựa các bộ giao tiếp và xuất/nhập tín hiệu phù hợp cho các bộ phận chấp hành khác nhau

Trong chương này sẽ đề cập đến những vấn đề cơ bản nhất về các thành phần

và cấu hình của một robot hànp Về mặt kết cấu, robot được chế tạo rất khác biệt nhau, nhưng chúng được xây dựng từ các thành phần cơ bản như nhau (hình 2.1), bao gồm:

Hình 1.1: Cấu hình của robot công nghiệp

1.2 Tay máy robot

1.2.1 Khái niệm

Hình 1.2 Kết cấu tay máy robot

Thuật ngữ “tay máy” và robot trong quan niệm của nhiều nhà chuyên môn trong lĩnh vực này không có sự khác biệt Để thuận tiện trong trình bày, ở đây ta hiểu tay máy là một dạng robot có cấu tạo mô phỏng theo những đặc điểm cấu tạo

cơ bản của cánh tay người (hình 1.2) Cũng có thể hiểu tay máy là tập hợp các bộ phận và cơ cấu cơ khí được thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối với nhau, được gọi là các khâu động Trong đó, phần liên kết giữa các khâu động được gọi là các khớp động hay còn gọi là các trục Tay máy cũng bao gồm cả các cơ cấu tác động là các phần tử thực sự thực hiện các chuyển động để vận hành tay máy như động cơ điện, xy - lanh dầu ép, xy - lanh khí nén, Phần quan trọng khác trên các tay máy là bộ phận hay khâu tác động cuối (End - Effector) để thao tác trên đối tượng làm việc - thường là các tay gắp hoặc các đầu công cụ chuyên dùng như mỏ hàn, đầu phun sơn,

Tay máy có thể gọi là cánh tay cơ khí của robot công nghiệp thông thường là một chuỗi động hở được tạo thành từ nhiều khâu được liên kết với nhau nhờ các khớp động Tay máy robot có hai loại: loại có cấu trúc động học nối tiếp (chuỗi động hở)

và loại có cấu trúc động học song song Loại có cấu trúc động học song song có độ cứng vững cao, tuy nhiên khả năng linh hoạt bị giảm Loại này thường sử dụng làm nhiệm vụ cấp phôi hoặc kẹp chi tiết cho robot khác gia công (hình 1.3)

Hình 1.3: Tay máy robot kết cấu song song

Loại tay máy có cấu trúc nối tiếp có động cứng vững thấp hơn nhưng khả năng linh hoạt của khâu tác động cuối cao hơn Loại tay máy này thường dùng cho các robot hàn, lắp ráp,…(hình 1.4)

Hình 1.4: Tay máy robot hàn có cấu trúc nối tiếp

Mỗi khâu động trên tay máy có nguồn dẫn động riêng, thông thường là động cơ servo Để tăng momen dẫn động và giảm tốc độ quay các trục thường sử dụng các hộp giảm tốc Đối với robot hàn, để giảm trọng lượng các khâu cuối thường sử dụng hộp giảm tốc bánh răng sóng cho các trục 4, 5, 6, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh cho các khâu 1, 2, 3

1.2.2 Bậc tự do của tay máy

Thông thường các tay máy có trên một bậc tự do Số bậc tự do hay bậc chuyển động của tay máy là số khả năng chuyển động độc lập của nó trong không gian hoạt động Trong lĩnh vực robot học (robotic) người ta hay gọi mỗi khả năng chuyển động (có thể là chuyển động thẳng; dọc theo hoặc song song với một trục, hoặc chuyển động quay quanh trục) là một trục, tương ứng theo đó là một toạ độ suy rộng dùng để xác định vị trí của trục trong không gian hoạt động Mỗi trục của tay máy đều có cơ cấu tác động và cảm biến vị trí được điều khiển bởi một bộ xử lý

Thông qua các khảo sát thực tế, người ta nhận thấy là để nâng cao độ linh hoạt của tay máy sử dụng trong công nghiệp, các tay máy phải có số bậc tự do cao Tuy nhiên, số bậc tự do này không nên quá 6 Lý do chính là với 6 bậc chuyển động, nếu

bố trí hợp lý, sẽ đủ để tạo ra khả năng chuyển động linh hoạt của khâu tác động cuối nhằm có thể tiếp cận đối tượng thao tác (nằm trong vùng không gian hoạt động của nó) theo mọi hướng Ngoài ra, số bậc tự do nhiều hơn 6 sẽ không kinh tế và khó điều khiển hơn Sáu bậc tự do (6 chuyển động) được bố trí gồm:

• Ba chuyển động cơ bản hay chuyển động định vị

• Ba chuyển động bổ sung hay chuyển động định hướng

1.2.3 Chuyển động cơ bản hay chuyển động định vị

Về mặt nguyên lý cấu tạo, tay máy là một tập hợp các khâu được liên kết với nhau thông qua các khớp động để hình thành một chuỗi động hở Khớp động được

sử dụng trên các tay máy thường là các khớp loại 5 (khớp tịnh tiến hoặc khớp quay loại 5) để dễ chế tạo, dễ dẫn động bằng nguồn độc lập và cũng dễ điều khiển Tay máy có số chuyển động độc lập thường là từ ba trở lên (dưới đây ta sẽ gọi là bậc tự

do hay bậc chuyển động) Các chuyển động độc lập có thể là các chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay Mỗi khâu động trên tay máy, về nguyên tắc, có ít nhất

là một khả năng chuyển động độc lập và thường là một Như vậy khái niệm bậc tự

do hay bậc chuyển động cũng chính là số khả năng chuyển động độc lập mà một tay máy có thể thực hiện được Trường hợp mỗi khâu động trên tay máy có một khả năng chuyển động độc lập, thì tay máy có bao nhiêu khâu động sẽ có bấy nhiêu bậc chuyển động và cũng có từng ấy khớp động hay trục Các chuyển động cơ bản, hay chuyển động chính trên một tay máy là những chuyển động có ảnh hưởng quyết định đến dạng hình học của không gian hoạt động của nó Các chuyển động này thực hiện việc chuyển dời cổ tay của tay máy đến những vị trí khác nhau trong vùng không gian hoạt động của tay máy vì vậy còn được gọi là các chuyển động định vị Bên cạnh các robot tĩnh tại được sử dụng phần lớn trong công nghiệp hiện nay, các loại robot di động cũng được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt Bậc chuyển động của robot di động được xác định bởi số khả năng chuyển động độc lập của nó

kể cả các chuyển động di động Phần ngoài cùng của tay máy (khâu tác động cuối - End Effector) thường có dạng của một tay gấp, một bộ phận làm việc với đối tượng thao tác, có thể tác động trực tiếp với đối tượng thao tác hoặc được thay thế bởi các dụng cụ công nghệ như là ống đưa dây hàn trên robot hàn, đầu phun sơn hoặc phun men, đầu vặn bu-lông, đai ốc trong dây truyền lắp ráp tự động, v.v Chuyển động kẹp của tay gắp không được kể khi tính bậc chuyển động bởi vì chuyển động này không ảnh hưởng đến vị trí, toạ độ của tay máy Để thuận tiện trong việc điều khiển, mỗi bậc chuyển động của tay máy thường là có nguồn dẫn động riêng, có thể là nguồn dẫn khí nén, dầu ép hay điện Một số tay máy dùng chung nguồn dẫn cho một nhóm các chuyển động, tuy nhiên, kiểu dùng chung này cồng kềnh và kém linh hoạt hơn Phần lớn các robot công nghiệp hiện đại có một tay máy Tuy vậy trong ứng dụng cũng có robot có nhiều tay máy

1.2.4 Bậc chuyển động bổ sung (bậc chuyển động định hướng)

Một tay máy đều yêu cầu một bộ phận công tác trang bị ở khâu tác động cuối (End Effector), có thể là một bộ gắp, kẹp hoặc súng phun sơn, phun vữa, ống dẫn dây hàn,v.v có đủ độ linh hoạt trong chuyển động để đảm bảo khả năng hoàn thành nhiệm vụ công nghệ đặt ra Để hoàn toàn định hướng đến tư thế làm việc với đối tượng thao tác cũng cần tối thiểu ba bậc chuyển động, tương tự như các chuyển động xoay của cố tay người; ba khớp quay loại 5 được sử dụng để xoay khâu tác động cuối trong mặt phẳng ngang, mặt phẳng thẳng đứng và quay quanh trục của nó (hình 1.5)

Các bậc chuyển động xoay cổ tay nói trên được gọi là các chuyển động định hướng nhằm tăng khả năng linh hoạt, giúp tay máy có thể dễ dàng định hướng của khâu tác động cuối đạt đến tư thế cần thiết để tác động lên đối tượng thao tác, cũng như tăng khả năng tránh chướng ngại vật trong không gian thao tác nhằm cải thiện tính chất động lực học của tay máy Tuy nhiên, điều cần lưu ý ở đây là thêm càng nhiều bậc chuyển động một mặt sẽ làm tăng khả năng linh hoạt của tay máy, mặt khác cũng kéo theo hệ quả là làm tăng thêm sai số dịch chuyển, tức là làm tăng sai

số tích luỹ trong điều khiển vị trí của khâu tác động cuối Điều này đồng nghĩa với

sự gia tăng về chi phí, thời gian sản xuất và bảo dưỡng robot

Kết luận chương I

Trong chương này tác giả đã trình bày tổng quan về robot công nghiệp; đưa ra được cấu hình của hệ thống robot hàn hồ quang; phân tích các dạng tay máy robot, đặc điểm của chúng làm cơ sở cho việc tính toán thiết kế các khâu trong chương II

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC KHÂU

Các số liệu ban đầu: Các số liệu này được chọn theo robor hàn hồ quang DR-4000 của hãng OTC Daihen Nhật Bản

- Tải trọng có ích: 5kg

- Tốc độ tối đa: trục I, II, III: 2100/s, trục IV , V: 3600/s, trục VI: 5400

/s,

- Dẫn động: động cơ servo xoay chiều,

- Truyền động: hộp giảm tốc bánh răng sóng, bánh răng hành tinh, bộ truyền đai răng

2.1 Tính toán trục 6

Khâu 6 là khâu tích hợp với Robot, thông thường là mỏ hàn Blue Torch dùng cho Robot

Hình 2.1: Thiết kế khâu 6 - Mỏ hàn

Hình 2.2: Đặc trưng hình học của khâu 6

Thời gian (s)

+ Momen xoắn tĩnh đối với trục khớp 6:

+ Momen quán tính đối với trục khớp 6 (theo tính toán):

+ Gia tốc khi khởi động hoặc dừng của khâu 6:

+ Momen xoắn động đối với trục 6 gây bởi gia tốc:

Khi đó, momen xoắn đối với trục khớp 6:

Bộ truyền

BR côn xoắn

Hộp giảm tốc BR sóng

Tải (Khâu 6)

Hình 2.3: Đồ thị đặc tính tải khớp 6

Phân tích

- Tốc độ tăng từ 0 lên đến n2 và momen xoắn tăng từ 0 lên đến T1 trong khoảng thời gian t1 Sau khoảng thời gian 1/2t1, momen xoắn xác lập giá trị là

T1 và duy trì đến khi tốc độ tăng tuyến tính sát với giá trị yêu cầu n2, lúc đó

T1 giảm để chuẩn bị ổn định momen yêu cầu là T2<T1 và tránh hiện tượng vượt tốc ni>n2

- Trong khoảng thời gian t2 chế độ hoạt động với momen giữ là T2 và tốc độ quay là n2 Chế độ giảm tốc diễn ra trong khoảng thời gian t3, tốc độ giảm từ

n2 xuống 0, để thực hiện điều này cần đặt vào trục quay một vector momen

âm T3(ngược chiều vector quay) để hãm quá trình chuyển động Sau khi xác lập giá trị momen T3 và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định, để giá trị tốc độ ni =0 và tránh hiện tượng hụt tốc (quay ngược chiều) lúc đó T3 sẽ được điều chỉnh giảm xuống để khi n = 0 thì T3 = 0

Xong một chu kỳ tải và chuẩn bị bước sang chu kỳ tải tiếp theo sau khoảng thời gian (t1 + t2 + t3) t4 là thời gian chuyển tiếp giữa 2 chu kỳ tải, momen xoắn trong giai đoạn này là T4 = 0 ( không đặt tải)

- Tốc độ đầu ra yêu cầu lớn nhất: 94,2(vg/ph)

- Tốc độ đầu vào dự kiến lớn nhất: 6000 (vg/ph)

+ Đầu ra có momen xoắn trung bình

(ứng với hộp giảm tốc SHF-17) + Đầu ra có tốc độ trung bình

Tỷ số truyền:

Chế độ

Momen xoắn (N.m)

Tốc độ (vg/ph)

Tốc độ (rad/s)

Thời gian (s)

Khởi động T1 = 4,029 n1 = 51.67 t1 = 0.1

Duy trì T2 = 2,051 n2 = 94,2 t2 = 0.2 Giảm tốc T3 = 4,029 n3 = 51.67 t3 = 0.1

Sự cố Tem = 13.255 nem = 94,2 tem = 0.05

+ Tốc độ trung bình đầu vào

+ Tốc độ đầu vào lớn nhất :

(phù hợp với SHF-17-50-2A) + Giới hạn momen xoắn đƣợc kiểm nghiệm:

(phù hợp với SHF-17-50-2A) (phù hợp với SHF-17-50-2A) Mômen xoắn quá tải đƣợc kiểm nghiệm:

(phù hợp với SHF-17-50-2A) + Số vòng quay cho phép khi chạy ở chế độ quá tải:

(thoả mãn)

Chọn hộp giảm tốc SHF-17-50-2A-R-SP

+ Tuổi thọ của hộp giảm tốc:

Trong đó:

- Ln là tuổi thọ định mức của nhà sản xuất: Ln = 7000 (h)

- Tr là momen xoắn định mức của nhà sản xuất: Tr = 16 (Nm)

- nr là tốc độ chạy định mức của nhà sản xuất: nr = 2000 (vg/ph)

- Lh là tuổi thọ dự kiến của hộp giảm tốc (h)

- Tav là momen xoắn trung bình khi thiết bị hoạt động (Nm)

- ni-av là tốc độ chạy trung bình khi thiết bị hoạt động (vg/ph)

Nhƣ vậy với đặc tính tải nhƣ trên, hộp giảm tốc này hoạt động đƣợc 722400 giờ

Hình 2.4: Hình ảnh hộp giảm tốc

Thông số hộp giảm tốc:

Model

Size (mm)

Tỷ số truyền

R

Momen xoắn tức thời lớn nhất (N.m)

Tốc độ đầu vào lớn nhất (vg/ph)

Độ chính xác

vị trí (x10-4arc/min)

Mômen xoắn đỉnh

(N.m)

Momen xoắn trung bình (N.m)

Mômen xoắn định mức (tại 2000 vg/ph) (N.m)

Ta có:

tỷ số truyền , cách lắp hộp giảm tốc nhƣ sau:

Bộ truyền đai: iđ = 1;

Bộ truyền bánh răng côn xoắn: ibrc = 1;

Khi đó:

Tốc độ sơ bộ tối đa của động cơ:

(phù hợp với tốc độ đầu vào lớn nhất của hộp giảm tốc đã chọn)

Phân tích

Theo đồ thị đặc tính tải, khoảng thời gian t1 tốc độ tăng từ 0 (rad/s) lên đến tốc độ n2 (rad/s) và momen xoắn tăng từ 0 (Nm) lên đến T1 (Nm) Sau khoảng thời

Hình 2.5: Kết cấu hộp giảm tốc

tuyến tính sát với giá trị yêu cầu n2, lúc đó 1/4 thời gian cuối của t1 dùng để xác lập momen xoắn yêu cầu là T2 và tránh vƣợt tốc n2 Do đó, tại thời điểm 0.8t1 có giá trị momen xoắn là T1 (max) và tốc độ n1 = 0.8n2(vg/ph)

Momen xoắn đối với trục khớp 6:

+ Trục 6 có công suất :

+ Trục động cơ có công suất:

Trong đó:

: là hiệu suất truyền động;

- : hiệu suất bộ truyền ổ lăn

- : hiệu suất bộ truyền đai răng

- : hiệu suất bộ truyền bánh răng côn xoắn

- : hiệu suất truyền động của hộp giảm tốc bánh răng sóng

Từ thông số sơ bộ ta có :

+ Động cơ sơ bộ có công suất :

+ Động cơ sơ bộ lớn nhất có tốc độ:

Động cơ dẫn động trục 6 theo bảng sau:

Số hiệu

động cơ

Công suất định mức

PR(W)

Tốc độ định mức

NR(vg/ph)

Tốc độ tối

đa

Nmax (vg/ph)

Kích thước mặt bích

LC (mm x mm)

Đường kính mặt bích

LB (mm)

R2AA06010F

Đường kính trục

S (mm)

Chiều dài ngõng trục

Q (mm)

Chiều dài thân động

cơ LL(mm)

Kích thước

lỗ bắt vít mặt bích

LZ (mm)

Chiều cao động cơ (LC/2 + KL) (mm)

(Tài liệu tham khảo )

Hình 2.6: Động cơ trục 6

Hình 2.7: Kích thước động cơ trục 6

2.2 Tính toán trục 5

Hình 2.8: Thiết kế và lắp ghép khâu 5

Hình 2.9: Đặc trưng hình học khâu 5

Hình 2.10: Lắp ghép khâu 5 và 6

Hình 2.11: Đặc trưng hình học bản lắp ghép khâu 5 và 6

+ Trục 5 có tốc độ: 3600

/s

Thời gian (s)

Hộp giảm tốc BR sóng

Tải (Khâu 5+6)

+ Trục khớp 5 có momen xoắn tĩnh :

+ Trục khớp 5 có momen quán tính (theo tính toán ):

+ Khi khởi động hoặc dừng của khâu 5 ta có gia tốc :

+ Momen xoắn động đối với trục khớp 5 gây bởi gia tốc:

Khi đó, momen xoắn đối với trục khớp 5:

T1 và duy trì đến khi tốc độ tăng tuyến tính sát với giá trị yêu cầu n2, lúc đó

T1 giảm để chuẩn bị ổn định momen yêu cầu là T2<T1 và tránh hiện tượng vượt tốc ni>n2

- Chế độ hoạt động với momen giữ là T2 và tốc độ quay là n2 trong khoảng thời gian t2

- Chế độ giảm tốc diễn ra trong khoảng thời gian t3, tốc độ giảm từ n2 xuống 0,

để thực hiện điều này cần đặt vào trục quay một vector momen âm T3(ngược chiều vector quay) để hãm quá trình chuyển động Sau khi xác lập giá trị momen T3 và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định, để giá trị tốc độ ni

=0 và tránh hiện tượng hụt tốc (quay ngược chiều) lúc đó T3 sẽ được điều chỉnh giảm xuống để khi n = 0 thì T3 = 0

- Sau khoảng thời gian (t1 + t2 + t3) sẽ kết thúc một chu kỳ tải và chuẩn bị bước sang chu kỳ tải tiếp theo Thời gian chuyển tiếp giữa 2 chu kỳ tải là t4, momen xoắn trong giai đoạn này là T4 = 0 ( không đặt tải)

Chế độ

Momen xoắn (N.m)

Tốc độ (vg/ph)

Tốc độ (rad/s)

Thời gian (s)

- Tốc độ đầu ra lớn nhất: 60 vg/ph

- Tốc độ đầu vào lớn nhất: 6000 vg/ph

+ Trung bình đầu ra của momen xoắn:

(ứng với hộp giảm tốc SHF-17-80-2A-R-SP) + Đầu ra có tốc độ trung bình:

Tỷ số truyền:

+ Đầu vào có tốc độ trung bình

+ Tốc độ lớn nhất đầu vào:

(phù hợp với SHF-17-80-2A-R-SP) + Giới hạn momen xoắn đƣợc kiểm nghiệm:

(phù hợp với SHF-17-80-2A-R-SP)

(phù hợp với SHF-17-80-2A-R-SP) + Mômen xoắn quá tải đƣợc kiểm nghiệm:

(phù hợp với SHF-17-80-2A-R-SP) + Số chu kỳ cho phép khi chạy ở chế độ quá tải:

(thoả mãn)

Chọn hộp giảm tốc SHF-17-80-2A-R-SP

+ Tuổi thọ của hộp giảm tốc:

Với đặc tính tải nhƣ trên, hộp giảm tốc này hoạt động đƣợc 5894 giờ

Hình 2.13: Động cơ trục 5

Thông số hộp giảm tốc:

Model

Size (mm)

Tỷ số truyền

R

Momen xoắn tức thời lớn nhất (N.m)

Tốc độ đầu vào lớn nhất (vg/ph)

Độ chính xác

vị trí (x10-4arc/min)

Mômen xoắn đỉnh

(N.m)

Momen xoắn trung bình (N.m)

Mômen xoắn định mức (tại 2000 vg/ph) (N.m)

Ta có:

tỷ số truyền , do cách lắp hộp giảm tốc nhƣ sau:

Bộ truyền đai: iđ = 1;

Khi đó:

Tốc độ sơ bộ lớn nhất của động cơ:

(phù hợp với tốc độ đầu vào lớn nhất của hộp giảm tốc đã chọn)

Phân tích:

Từ đồ thị đặc tính tải, khi thời gian t1 tốc độ tăng từ 0 (rad/s) lên đến tốc độ

n2 (rad/s) và momen xoắn tăng từ 0 (Nm) lên đến T1 (Nm) Sau khoảng thời gian

t1/2 (s), momen xoắn xác lập giá trị là T1 (Nm) và duy trì đến khi tốc độ tăng tuyến

Hình 2.14: Kết cấu hộp giảm tốc trục 5

momen xoắn yêu cầu là T2 và tránh vƣợt tốc n2 Do đó, tại thời điểm 0.8t1 có giá trị momen xoắn là T1 (max) và tốc độ n1 = 0.8n2 (vg/ph)

Đối với trục khớp 5 có momen xoắn:

+Trục 5 có công suất:

+ Trục động cơ có công suất:

Trong đó:

: là hiệu suất truyền động;

- : hiệu suất bộ truyền ổ lăn

- : hiệu suất bộ truyền đai răng

- : hiệu suất truyền động của hộp giảm tốc bánh răng sóng

Từ thông số sơ bộ:

+ Động cơ sơ bộ có công suất:

+ Động cơ sơ bộ có tốc độ: