Thiết kế cơ cấu truyền động ngắt quãng

b Cơ cấu chuyển động ngắt quãng: là những cơ cấu sử dụng truyền động ngắt quãng để truyền động cho các cơ cấu chấp hành hoặc các bộ phậnkhác của chi tiết máy c Phạm vi ứng dụng của cơ cấ

Đề cương luận văn

THIẾT KẾ CHẾ TẠO CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG NGẮT QUÃNG

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG NGẮT QUÃNG

5 1.1 Giới thiệu chung về truyền động ngắt quãng và cơ cấu truyền động

1.2 Tình hình phát triển trên thế giới ` 5

1.3 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và nhu cầu sử dụng 7

1.4 Kết luận và xác định mục đích luận văn 8 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ ĐỘNG HỌC 10

2.1 Cơ sở lý thuyết: 10

2.1.1 Cơ cấu MAN trong 10 2.1.2 Cơ cấu MAN ngoài 12 2.2 Cơ sở động học 14

2.3 Kết luận và lựa chọn phương án thiết kế 14

Chương 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU MAN NGOÀI 4 RÃNH TIẾP XÚC 16

3.1 Chọn động cơ điện: 16

3.2 Phân phối tỉ số truyền 17

3.3Tính toán thiết kế trục và then 18

Thiết kế-Chế tạo cơ cấu truyền động ngắt quãng GVHD: PGS.TS Phan Đình

Huấn

3.5 Thiết kế kết cấu vỏ hộp 28 Chương 4: CHẾ TẠO CƠ CẤU MAN NGOÀI 4 RÃNH TIẾP XÚC 30 4.1 Tính toán thiết kề cặp bánh dẫn và bánh bị dẫn 30

LỜI CẢM ƠN

Đối với mỗi sinh viên chúng em,Luận văn tốt nghiệp luôn đựợc xem là thành quảcuối cùng và quan trọng nhất trong suốt quá trình học tập tại trừơng Đại Học Hơnthế nữa,Luận văn tốt nghiệp cũng được xem như thước đo kiến thức và là chìakhoá để chúng em có thể bước vào thực tiễn cuộc sống với tất cả những kiến thứcquý báu tích luỹ được từ sách vở và thầy cô

Để hoàn thảnh Luận văn tốt nghiệp,bất cứ sinh viên nào cũng phải trải qua một quátrình nghiên cứu tìm hiểu và làm việc nghiêm túc Nhưng quan trọng hơn hết trongsuốt quá trình đó là sự hứơng dẫn,chỉ bảo,truyền đạt kinh nghiệm của quý thầy cô

Và hôm nay,khi hoàn thành đề tài luận văn này,cho phép em đựợc gửi lời cảm ơnchân thành nhất đến quý thầy cô đã dạy dỗ chỉ bảo em trong suốt quá trình học tậptại trường

Đầu tiên,cho phép em được gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô đã dạy dỗ,truyền đạtcho em những kiến thức đầu tiên,từ căn bản đến chuyên sâu,từ lý thuyết đếnchuyên ngành sau này

Và hơn hết em xin gửi lỏng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy Phan Đình Huấn,người

đã tận tình hướng dẫn,chỉ bảo những kinh nghiệm quý báu trong thực tiễn và giúp

em có điều kiện tốt nhất để được làm việc tại xưởng của thầy đến ngày hoản thành

đề tài luận văn này

Trong suốt quá trình làm việc ,em đã mắc phải những sai sòt và lỗi lầm em xin gửiđến thầy lời xin lỗi và cảm ơn thầy đã tha thứ và hết lòng giúp đỡ em khắc phụcnhững sai sót đó

Cuối cùng,cho phép em được gửi đến quý thầy cô lời chúc sức khoẻ và thành côngtrong cuộc sống

Em xin chân thành cảm ơn

TP.HCM,Ngày 26 tháng 12 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Hồ Vĩnh Nghiêm

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế và phát triển những hệ thống truyền động là vấn đề cốt lõi trong cơkhí Mặt khác, một nền công nghiệp phát triển không thể thiếu một nền cơ khíhiện đại Vì vậy, việc thiết kế và cải tiến những hệ thống truyền động là côngviệc rất quan trọng trong công cuộc hiện đại hoá đất nước Hiểu biết, nắm vững

và vận dụng tốt lý thuyết vào thiết kế các hệ thống truyền động là những yêucầu rất cần thiết đối với sinh viên, kỹ sư cơ khí

Đối với các hệ thống tự động hoá hiện nay,cơ cấu truyền động ngắt quãng

là một bộ phận rất quan trọng Với nhiệm vụ Luận văn tốt nghiệp là Thiết kế

-Chế tạo cơ cấu truyền động ngắt quãng, đây thực sự là một đề tài đi sát với

nhu cầu thực tiễn trong sản xuất Với đề tài này,bên cạnh việc đảm bảo khảnăng hoạt động của cơ cấu, nhiệm vụ của người thiết kế còn phải kiểm tra khảnăng làm việc của cơ cấu so với các cơ cấu cùng loại đã có trên thị trường.Trong quá trình thiết kế,em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡtận tình của thầy Phan Đình Huấn cũng như các thầy cô trong Khoa Cơ Khí Với vốn kiến thức còn hạn chế,vì vậy đề tài của em còn mắc nhiều

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU CHUYỂN ĐỘNG NGẮT QUÃNG 1.1 Giới thiệu chung về truyền động ngắt quãng(intermittent motion) và cơ cấu truyền động ngắt quãng( cơ cấu MAN):

a) Truyền động ngắt quãng: là biến chuyển động liên tục ở đầu vào của

động cơ thành chuyển động có gián đoạn(ngắt quãng) của cơ cấu chấphành hoặc của chi tiết máy

b) Cơ cấu chuyển động ngắt quãng: là những cơ cấu sử dụng truyền động

ngắt quãng để truyền động cho các cơ cấu chấp hành hoặc các bộ phậnkhác của chi tiết máy

c) Phạm vi ứng dụng của cơ cấu truyền động ngắt quãng: cơ cấu truyển

động ngắt qũang được ứng dụng rộng rãi trong các loại đồng hồ đếm vàđặc biệt trong những dây chuyền sản xuất mang tính tự động hóa cao nhưcác hệ thống đóng nút chai hoặc đóng gói bao bì,…

1.2 Tình hình phát triển trên thế giới:

Từ lâu cơ cấu truyền động ngắt quãng đã được quan tâm và sử dụng nhiều ở cácnước trên thế giới, đặc biệt là các nước châu Au Ơ Tây Au như các nước Đức,

Ý, Đan Mạch , cơ cấu truyền động ngắt quãng được sử dụng rộng rãi,đặc biệt

là cơ cấu CAM

Dưới đây là một số hình ảnh về cơ cấu truyền động ngắt quãng đang được sửdụng phổ biến trên thế giới:

Cơ cấu MAN ngoài

Cơ cấu MAN trong

Cơ cấu CAM

- Nhìn chung các cơ cấu truyền động ngắt quãng tuy có khác nhau theo từngđiều kiện và mục đích sử dụng nhưng chúng đều có cấu tạo khá đơn giản,nhỏ gọn,thích hợp ứng dụng cho nhiều lĩnh vực sản xuất,từ sản xuất đơnchiếc đến sản xuất hàng loạt vừa và lớn

- Khi kết hợp cơ cấu truyền động ngắt quãng với các loại động cơ khác thì sựkết hợp này có thể điều khiển hoạt động của cả một dây chuyền hoặc hệthống sản xuất

1.3 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và nhu cầu sử dụng:

a) Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam:

Ở Việt Nam,vào thập niên 90,khi các khu công nghiệp và khu chế xuất đượcthành lập và đưa vào hoạt động,song song với việc công nghiệp hóa và hiện đạihóa,hệ thống cơ cấu truyền động ngắt quãng đã xuất hiện với vai trò vốn có của

nó : tự động hóa cho các dây chuyền sản xuất

Bên cạnh đó, sự tiến bộ vượt bậc của nền cơ khí nước ta cũng được đồng hànhbởi các cơ cấu truyền động ngắt quãng khi cơ cấu này xuất hiện ở hầu hết các

máy gia công CNC như máy Mill CNC, Drill CNC và thậm chí trong các cánhtay robot,…

Với vai trò quan trọng như vậy, cơ cấu truyền động ngắt quãng đã bắt đầu đượccác nhà sản xuất cũng như các nhà thiết kế quan tâm hơn

Với kết cấu khá đơn giản, dễ chế tạo, lắp ráp và vận hành, cơ cấu truyền độngngắt quãng ngày càng được lựa chọn là phương pháp tối ưu trong các thiết kế

về lĩnh vực tự động hóa sản xuất

Về phía các trường Đại học, cơ cấu truyền động ngắt quãng cũng đã được nhàtrường đưa vào chương trình giảng dạy nhằm giúp sinh viên có cái nhìn rõ néthơn về cơ cấu này, để sinh viên có điều kiện nắm bắt những vấn đề mấu chốttrong việc thiết kế cũng như chế tạo,phục vụ kịp thời và chuyên dùng hơn trongnền cơ khí nước nhà

b) Nhu cầu sử dụng :

- Ành hưởng bởi thời kỳ khủng hoảng kinh tế trên thế giới khiến các nhà sảnxuất trong và ngoài nước luôn tìm mọi cách nhằm giảm giá thành các sảnphẩm đầu ra, và cách hiệu quả nhất là tận dụng nguồn lực trong nước thay vì

cứ phải nhập khẩu từ nước ngoài Hiểu được bài toán này, chúng ta bắt đầutiến hảnh nghiên cứu, hiết kế và chế tạo các cơ cấu quan trọng trong các hệthống sản xuất nhằm giúp các nhà đầu tư giảm được chi phí đầu vào và cũngtạo đà cho sự phát triển của nền công nghiệp Việt Nam và tạo bước tiến mớitrong lĩnh vực cơ khí còn khá mới mẻ ở Việt Nam này

- Hiểu được tầm quan trọng của cơ cấu truyền động ngắt quãng trong sự pháttriển công nghiệp ở nước ta trong giai đoạn này và cả về mục tiêu phát triểnlâu dài về sau, những sinh viên cơ khí như chúng ta cần đi sâu hơn tìm hiểu,nghiên cứu và chọn lựa những phương án tối ưu để tạo đà cho những thiết

kế cũng như phát triển sau này về lĩnh vực truyền động ngắt quãng nói riêng

và nền cơ khí tự động hóa nói chung

1.4 Kết luận và mục đích luận văn :

Từ những điều kiện khách quan trên, chúng ta, những sinh viên cơ khí hiện tại và những kỹ sư cơ khí trong tương lai cần nắm bắt kịp thời xu thế

mới,để

xác định rõ vai trò của mình trong sự phát triển của nền cơ khí của Việt Namtrong tương lai.

Việc nghiên cứu, phát triển một cơ cấu đang được sử dụng khá phổ biến trênthế giới không có nghĩa là chúng ta đi sau,đi chậm so với thế giới mà ngượclại,nó lại tạo một tiền đề cho một nên cơ khí Việt Nam phát triển vững chắc

vì không quá lệ thuộc vào kỹ thuật của các nước bạn

Mục đích của Luận văn này không chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu và chếtạo một cơ cấu truyền động ngắt quãng riêng,nhỏ lẻ mà còn phải biết tử đótạo tiền đề cho hướng phát triển mới,không phụ thuộc vào kỹ thuật của cácnước bạn Sở dĩ chúng ta dám mạnh dạn đưa ra kết luận và mục tiêu này là

vì chúng ta hiểu rõ tầm quan trọng của cơ cấu truyền động ngắt quãng trongnền sản xuất tự động hóa-một trong những tiêu chí cùa mục tiêu công nghiệphóa,hiện đại hóa đất nước nói chung và mục tiêu cho một nền cơ khí ViệtNam phát triển mạnh mẽ nói riêng

Tuy nhiên,ở mức độ và vai trò của một sinh viên cơ khí,chúng ta chỉ có thểthiết kế và chế tạo một trong những phương án tối ưu nhất mà ta đã nghiêncứu,ở qui mô sản xuất đơn chiếc

Với một cơ cấu truyền động ngắt quãng hoàn thiện,chúng ta có thể chưa đápứng được một số yếu tố kỹ thuật được đưa ra như yêu cầu về độ bền và tuổithọ cũng như tính kinh tế nhưng do thực tế trong nền cô khí Việt Nam vẫncòn những hình thức sản xuất đơn chiếc nên phương án của chúng ta phầnnào phù hợp với điều kiện của nền cơ khí Việt Nam

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy cùng vốn kiến thức còn khá hạn chế,em

đã cố gắng để hoàn thành thật tốt công việc thiết kế và chế tạo cơ cấu truyềnđộng ngắt quãng Vì thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên chắc chắn sẽ cònmắc phải những khuyết điểm về cơ cấu,độ bền,độ chính xác,chưa hoàn hảo

về các tính năng cũng như yêu cầu kỹ thuật,nhưng hi vọng phần thiết kế của

em sẽ đóng góp một phần nhỏ vào sự phát triển lâu dài trong việc nghiêncứu cơ cấu này và cho nền cơ khí Việt Nam

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠ SỞ ĐỘNG HỌC

- Hoạt động:

+ Khi chốt vào rãnh thứ nhất, chuyển động quay của chốt và bánhdẫn cùng với chuyển động của chốt trong rãnh dẫn sẽ tạo rachuyển động quay của bánh bị dẫn

+ Khi chốt ra khỏi rãnh thứ nhất sau khi đã di chuyển hết chiều dàicủa rãnh (với góc di chuyển tương ứng với số rãnh dẫn) thì bánhdẫn và chốt vẫn tiếp tục chuyển động trong khi bánh bị dẫn chuyểnsang giai đoạn nghỉ Giai đoạn nghỉ được thực hiện nhờ bánh dẫntiếp xúc với các cung tròn trên bánh bị dẫn (các cung tròn này cócùng đường kính với bánh dẫn) và cố định bánh bị dẫn trong suốtgiai đoạn nghỉ

+ Khi bánh dẫn chuyển động được 1 góc 3600 thì chốt về lại đúng

vị trí ăn khớp với rãnh dẫn chuẩn bị cho quá trình chuyển độngngắt quãng tiếp theo Nhờ đó quá trình chuyển động ngắt quãngđược xảy ra liên tục

- Để quá trình chuyển động ngắt quãng được xảy ra liên tục, cần tránh va đập giữachốt và rãnh dẫn ngay tại vị trí vào khớp Để tránh được điều này, khi thiết kế cầntính toán sao cho tại vị trí vào và ra rãnh chốt phải chuyển động theo phương củarãnh dẫn Nói cách khác, rãnh dẫn phải nằm trên phương tiếp tuyến với quỹ đạocủa chốt

- Vì những lý do như trên:

+ Khi thiết kế cần phải tính toán kỹ

+ Khi chế tạo cần phải đạt độ chính xác cao

+ Khi lắp ghép phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

-Về độ bền, do chốt làm việc nhiều hơn từng rãnh dẫn trên bánh bị dẫn nên

độ cứng của chốt cần cao hơn độ cứng của bánh bị dẫn( 5–10 HRC)

2.1.2 Cơ cấu MAN trong:

Hình trên thể hiện một cơ cấu MAN tiếp xúc trong gồm bánh dẫntruyền chuyển động cho bánh bị dẫn bằng chốt Trên bánh bị dẫn

có một cung tròn và các rãnh dẫn để chốt có thể vào và ra dễ dàng

Ơ cơ cấu MAN tiếp xúc trong,giai đoạn nghỉ là giai đoạn chốt rakhỏi rãnh dẫn và chuyển động bên trong đường tròn ở giữa bánh bịdẫn Cung tròn này giúp bánh dẫn không va chạm với bánh bị dẫntrong suốt quá trình nghỉ

-Hoạt động :

+ Khi chốt vào rãnh thứ nhất,chuyển động quay của chốt và bánhdẫn cùng với chuyển động của chốt trong rãnh dẫn sẽ tạo rachuyển động quay của bánh bị dẫn

+ Khi chốt ra khỏi rãnh thứ nhất sau khi đã di chuyển hết chiều dàicủa rãnh (với góc di chuyển tương ứng với số rãnh dẫn) thì bánhdẫn và chốt vẫn tiếp tục chuyển động trong khi bánh bị dẫn chuyểnsang giai đoạn nghỉ Trong giai đoạn nghỉ bánh dẫn chuyển độngtrong đường tròn ở giữa bánh bị dẫn nhờ đó tránh được các va đậptrong khi chuyển động

+ Khi bánh dẫn chuyển động được 1 góc 3600 thì chốt về lại đúng

vị trí ăn khớp với rãnh dẫn chuẩn bị cho quá trình chuyển độngngắt quãng tiếp theo.Nhờ đó quá trình chuyển động ngắt quãngđược xảy ra liên tục

- Để quá trình chuyển động ngắt quãng được xảy ra liên tục, cần tránh va đập giữachốt và rãnh dẫn ngay tại vị trí vào khớp Để tránh được điều này, khi thiết kế cầntính toán sao cho tại vị trí vào và ra rãnh chốt phải chuyển động theo phương củarãnh dẫn Nói cách khác,rãnh dẫn phải nằm trên phương tiếp tuyến với quỹ đạo củachốt

- Vì những lý do như trên:

+ Khi thiết kế cần phải tính toán kỹ

+ Khi chế tạo cần phải đạt độ chính xác cao

+ Khi lắp ghép phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

-Về độ bền, do chốt làm việc nhiều hơn từng rãnh dẫn trên bánh bị dẫn nên

độ cứng của chốt cần cao hơn độ cứng của bánh bị dẫn (5–10 HRC)

được gọi là hệ số truyền động của cơ cấu MAN Gọi góc quay của bánh dẫn

ứng với 1 vòng quay của bánh bị dẫn là 2φ1 và bánh dẫn quay đều

Ta có :

kGọi Z là số rãnh trên bánh bị dẫn, ta có góc giữa 2 rãnh dẫn kế tiếp là :

Đây là công thức xác định số chốt tối đa trên cơ cấu MAN

2.3 Kết luận và lựa chọn phương án thiết kế

Dựa vào cơ sở lý thuyết kết hợp với điều kiện sản xuất ta nhận thấy:

+ Đối với cơ cấu MAN tiếp xúc trong:

- Tuổi thọ không cao

- Chỉ thích hợp sản xuất đơn chiếc

Từ những nhận xét trên cùng với điều kiện sản xuất thực tế và tiêu chí đã đề ra làgiải quyết bài toán kinh tế hiện tại, đó là những lý do để ta lựa chọn phương ánthiết kế cơ cấu MAN tiếp xúc ngoài

Tuy cơ cấu MAN tiếp xúc ngoài còn khá nhiều nhược điểm những nếu kết hợp vớiquy trình công nghệ hợp lý và lắp ráp chính xác, ta có thể đảm bảo được độ bền vàtuổi thọ của nó

Với quy mô hiện tại là sản xuất đơn chiếc, cơ cấu MAN tiếp xúc ngoài rõ ràng làmột phương án thiết thực và hợp lý hơn cơ cấu MAN tiếp xúc trong

Chương 3: THIẾT KẾ CƠ CẤU MAN NGOÀI 4 RÃNH TIẾP XÚC 3.1 Chọn động cơ điện:

Chọn động cơ thỏa điều kiện làm việc với P = 600W = 0,6 KW và nlv≈ 45 vg/ph

Công suất tương đương:

Hiệu suất của bộ truyền:

η = ηk ηbmsηh ηol ηx = 1x0,93x0, 9 x0,99 = 0,82

Với: ηhgt=0,9: hiệu suất của hộp giảm tốc

ηbd =0,93: hiệu suất truyền động cặp bánh dẫn và bánh bị dẫn

ol = 0,99: hiệu suất một ổ lăn

ηkn = 1 : hiệu suất khớp nối

Động cơ được chọn phải thỏa mãn điều kiện

3.2 Phân phối tỉ số truyền

Vận tốc tại nơi làm việc nII = nlv = 177,5/4 = 44,375 (vg/ph)

Công suất trên các trục:

Mômen xoắn trên các trục:

3.3 Tính toán thiết kế trục và then

3.3.1 Chọn vật liệu chế tạo trục: là thép 45, tôi cải thiện có

Ưng suất xoắn cho phép: [τ] = 15 ÷30 Mpa Chọn [τ] = 25 Mpa

Chọn d1 = 20 (mm)

3.3 Tính toán thiết kế trục và then

3.3.1 Chọn vật liệu chế tạo trục: là thép 45, tôi cải

thiện có Ưùng suất xoắn cho phép: [τ] = 15 ÷30

Mpa

Chọn [τ] = 25 Mpa

3.3.2 Xác định đường kính trục sơ bộ:

Ta có môment xoắn trên các trục là T1 = 35953,7 Nmm

T2 = 132410,4 Nmm

Đường kính trục xác định bằng mô men xoắn theo công thức d

≥Đường kính trục I

19.3

(mm)

Chọn d1 = 20 (mm)Đường kính trục II

đó biểu đồ moment trục I có dạng như hình.

Trên trục II :

Trục II chuyển động nhờ bánh dẫn truyền moment qua chốt dẫn nên trên trục 2 cũng chỉ chịu moment xoắn.Do đó biểu đổ moment trục II có dạng như hình: