nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống quấn dây tự động cho rô to và stator động cơ điện cỡ nhỏ

TỔNG QUAN VỀ MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ ĐIỆN

Sản xuất động cơ điện

-Phân loại động cơ điện:

Động cơ ba pha là loại động cơ xoay chiều, bao gồm hai loại chính: động cơ cảm ứng (hay còn gọi là động cơ không đồng bộ) và động cơ đồng bộ Cấu trúc của động cơ ba pha bao gồm ba thành phần chính: stator, roto và vỏ.

Vỏ động cơ giữ cho roto và trục động cơ trên một bộ ổ trục, giúp giảm ma sát trong quá trình quay Nó có nắp bảo vệ các giá đỡ ổ trục và chứa quạt gắn vào trục động cơ Quạt này hút không khí từ bên ngoài và ép qua stato và roto để làm mát các bộ phận của động cơ Đồng thời, nhiệt tỏa ra từ điện trở của cuộn dây cũng được tản nhiệt bên trong Ngoài ra, vỏ bọc thường có cánh tản nhiệt cơ học bên ngoài để dẫn nhiệt ra không khí.

Nắp đầu và cuối cũng sẽ cung cấp vị trí để chứa các kết nối điện cho nguồn điện ba pha với động cơ

Vỏ lõi được chế tạo từ thép đúc, có chức năng bảo vệ mạch từ và tấm chắn, đồng thời giữ cho stato được cố định trong cấu trúc của động cơ.

Lõi stato được chế tạo từ sắt non, có cấu trúc tương tự như lõi stato của máy điện dị bộ, bao gồm cả dây quấn 3 pha của phần ứng trong máy điện dị bộ.

Stato của các thiết bị có thể là nam châm hoặc nam châm điện Nếu stato là nam châm điện, cuộn dây tạo ra lực từ được gọi là các cuộn dây hoặc 'trường quanh co'.

Để giảm thiểu thiệt hại trong động cơ, các nhà sản xuất thường sử dụng đồng làm vật liệu chính cho cuộn dây Tuy nhiên, nhôm, với tính dẫn điện thấp hơn, có thể được xem là một vật liệu thay thế trong động cơ mã lực phân đoạn, đặc biệt khi động cơ hoạt động trong thời gian ngắn.

Hình 3: Stato của 1 động cơ điện

Lõi thép được ghép bằng các lá thép được xử lý bằng kỹ thuật điện

Thanh dẫn được làm bằng vật liệu đồng hoặc nhôm

Vòng đoản mạch bao gồm 2 vòng được đặt ở 2 đầu của roto

Roto là phần chuyển động, phần động, phần quay của máy như trong động cơ điện hay máy phát điện, là phần ngược lại của stator

Roto của động cơ điện được chia ra làm nhiều loại:

1 Roto của động cơ điện 3 pha

2 Roto của động cơ điện 1 pha, gồm hai loại là Roto lồng sóc và Roto dây quấn: a Roto lồng sóc có cấu tạo như sau: - Lõi thép: được ghép bởi các lá thép kĩ thuật điện - Thanh dẫn: được làm bằng đồng hoặc nhôm - Vòng đoản mạch (gồm 2 vòng)ở hai đầu Roto (thanh dẫn được nối với vòng đoản mạch) b Roto dây quấn (dùng cho động cơ có công suất lớn) - Lõi thép: được ghép bởi các lá thép kĩ thuật điện (có rãnh để quấn dây) - Dây quấn: là dây điện từ, được quấn quanh lõi thép (nguồn: thegioidienco.vn)

Hình 4: Roto trong 1 động cơ điện

Các vấn đề về từ trường

1.2.1 Động cơ nam châm vĩnh cửu

Động cơ nam châm vĩnh cửu là một loại động cơ có cấu trúc dạng sóng hình thang, trong đó sức phản điện động hình thang đóng vai trò quyết định trong việc xác định loại động cơ này Khác với các động cơ một chiều truyền thống sử dụng chổi than cổ góp để chuyển mạch dòng phần ứng, động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng phương pháp chuyển mạch điện, mang lại hiệu suất hoạt động cao hơn.

Cuộn dây của phần ứng trên stator giúp động cơ dễ dàng dẫn nhiệt ra ngoài vỏ và có thể áp dụng các phương pháp làm mát cưỡng bức khi cần thiết Điều này khiến động cơ nam châm vĩnh cửu có mật độ công suất vượt trội so với động cơ một chiều truyền thống Đặc biệt, động cơ một chiều nam châm vĩnh cửu không sử dụng chổi than đã trở nên phổ biến trong các hệ truyền động công suất nhỏ, từ vài watt đến vài chục watt, như trong ổ đĩa quang, máy giặt, quạt làm mát máy tính cá nhân và các thiết bị văn phòng như máy in và máy scan Các ứng dụng này thường có mạch điều khiển đơn giản và độ tin cậy cao hơn.

Động cơ nam châm vĩnh cửu được phân loại thành hai loại chính: động cơ nam châm vĩnh cửu công suất nhỏ và động cơ bước (step motor), một loại động cơ đặc biệt.

Theo kết cấu thì có thể chia thành:

Máy điện đồng bộ cực ẩn: Thích hợp với những chiếc máy điện có tốc độ cao (Thường có số cực là 2p = 2 )

Máy điện đồng bộ có cực lồi: Thích hợp với những máy có tốc độ thấp (Thường có số cực là 2p ≥ 4)

Máy phát điện đồng bộ hoạt động bằng cách sử dụng các nguồn năng lượng như tua bin nước, tua bin hơi hoặc động cơ diesel để quay trục roto và tạo ra điện Động cơ điện đồng bộ thường được thiết kế với kiểu cực lồi, phù hợp cho việc kéo các tải có yêu cầu ổn định về tốc độ và không cần khởi động lại thường xuyên.

Máy bù đồng bộ: Được dùng chủ yếu để cải thiện hệ số Cosφ bên trong lưới điện

Động cơ nam châm vĩnh cửu bao gồm nhiều loại máy điện đồng bộ đặc biệt như máy đồng bộ tần số cao, máy biến đổi 1 phần ứng, và các máy đồng bộ công suất nhỏ Những động cơ này thường được sử dụng trong các thiết bị tự động và thiết bị điều khiển, ví dụ như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, động cơ đồng bộ từ trễ, động cơ bước, và động cơ đồng bộ phản kháng.

1.2.2 Động cơ roto lồng sóc a) Cấu tạo của roto lồng sóc

Dây quấn roto lồng sóc có cấu trúc khác biệt so với dây quấn stato, với công suất lớn hơn 100kW, các thanh đồng được đặt trong các rãnh lõi thép và kết nối bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc Đối với động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép, tạo thành thanh nhôm với hai đầu đúc có vòng ngắn mạch Động cơ điện này còn được gọi là động cơ không đồng bộ roto lồng sóc do nguyên lý hoạt động đặc trưng của nó.

Trong máy cảm ứng đồng bộ 3 pha, dòng điện xoay chiều cung cấp năng lượng cho cuộn dây stator, giúp tạo ra từ thông quay Từ thông này là yếu tố quan trọng để máy hoạt động hiệu quả.

Mười lăm sẽ tạo ra một từ trường quay từ khe hở không khí giữa stator và roto, đồng thời sinh ra điện áp để tạo ra dòng điện chạy qua các thanh roto.

Khi mạch và dòng điện trong dây dẫn roto được kích hoạt, sự tương tác giữa từ thông quay và dòng điện sẽ tạo ra một lực momen xoắn, giúp khởi động động cơ.

Roto của máy phát điện được cấu tạo từ một cuộn dây quấn quanh lõi sắt, với thành phần từ tính được chế tạo từ các lớp thép nhằm tạo ra các hình dạng và kích cỡ cụ thể Khi dòng điện không đồng bộ chạy qua cuộn dây, nó tạo ra một từ trường xung quanh lõi, được gọi là dòng điện trường, và cường độ của dòng điện trường này sẽ điều chỉnh mức năng lượng của từ trường bên trong.

Dòng điện 1 chiều (DC) điều khiển dòng điện trường theo một hướng nhất định, được truyền đến cuộn dây thông qua bộ chổi và dây quấn Tương tự như các loại nam châm, từ trường do dòng điện DC tạo ra cũng có hai cực, bao gồm cực bắc và cực nam.

Hướng chuyển động của động cơ được điều khiển bởi rotor, cho phép quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại Việc sử dụng các thanh nam châm và từ trường trong thiết kế của rotor là yếu tố quan trọng giúp điều chỉnh hướng quay của động cơ.

1.2.3 Động cơ roto dây quấn

Rotor dây quấn là một thanh nam châm lớn với các cực được chế tạo từ thép cán, phát ra từ lõi roto Các cực này được cấp điện thông qua dòng điện trực tiếp hoặc từ việc từ hóa bằng nam châm vĩnh cửu.

Cuộn dây 3 pha trên stator là nơi điện áp được cảm ứng Dòng điện một chiều từ bộ kích bên ngoài hoặc cầu diode gắn trên trục roto tạo ra từ trường quay, cung cấp năng lượng cho cuộn dây trong trường quay Đồng thời, dòng điện xoay chiều cũng cung cấp năng lượng cho cuộn dây ở phần ứng.

Hình 6: Một loại roto trong động cơ

Giới thiệu về các loại máy quấn dây

Stato và roto đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của động cơ, góp phần quyết định hiệu suất làm việc Sự phát triển của máy quấn dây tự động là điều thiết yếu cho các ngành công nghiệp hiện đại, giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

Máy quấn dây là thiết bị thiết yếu trong các ngành công nghiệp hiện đại, đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng tăng Sự đa dạng của các sản phẩm máy quấn dây cho phép người dùng ứng dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Máy quấn dây điện là thiết bị quan trọng trong các công ty và xí nghiệp sản xuất linh kiện điện tử, giúp cải thiện đáng kể năng suất và chất lượng sản phẩm.

1.3.1 Cấu tạo của máy quấn dây

Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy quấn dây điện đa dạng Tất cả các máy này đều có ba phần chính: phần cơ khí, phần điều khiển tự động và động cơ.

Phần cơ khí của hệ thống bao gồm các cơ cấu quấn dây, rải dây và nhả dây, trong khi phần động cơ điện được chia thành động cơ quấn dây và động cơ rải dây.

Phần điều khiển tự động bao gồm màn hình hiển thị, bàn phím giao tiếp giữa người và máy, bộ trung tâm xử lý chuyển đổi

1.3.2 Ưu điểm của máy quấn dây

Máy quấn dây nổi bật với những ưu điểm như:

Cho phép quấn được tất cả loại dây điện khác nhau với chiều dài và kích thước linh hoạt

Tạo ra nhiều kiểu quấn dây linh hoạt với bảng điều khiển dễ sử dụng, cho phép điều chỉnh tốc độ, số vòng quấn và chiều rộng quấn một cách thuận tiện.

Vận hành tự động, ngay cả khi hoạt động ở tốc độ quấn cao

Chất lượng dây quấn thành phẩm đồng đều, chính xác, tính thẩm mỹ cao

Có khả năng lưu giữ chương trình đã được cài đặt sẵn

Dừng tự động khi xảy ra sự cố trong quá trình hoạt động

Năng suất làm việc cao

Thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng

Máy có độ bền và tuổi thọ rất cao, ít xảy ra sự cố và sai sót trong quá trình làm việc

Rút ngắn thời gian sản xuất, tiết kiệm hiệu quả chi phí nhân công và chi phí sản xuất thông thường

Yếu tố góp phần làm giảm giá thành sản phẩm, gia tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường

1.3.3 Một số loại máy quấn dây tự động điển hình

- Máy quấn dây tự động cho stator:

Hình 7: Máy quấn dây tự động stato model: RXL3-100

Hiệu suất cao là tính năng của máy này, có thể đáp ứng cuộn dây của cuộn dây động cơ 2/4/6 cực

Phạm vi đường kính dây: 0,19 ~ 1,2mm Đường kính xoay: 220mm Độ dày ngăn xếp stato tối đa: 65mm Đường kính ngoài stato tối đa: 120mm

Tốc độ tối đa: 2500RPM

Trọng lượng thiết bị: khoảng 5000kg

Thích hợp để quấn cuộn dây động cơ 2/4/6 cực

Máy có hiệu suất cao, giúp sắp xếp cuộn dây gọn gàng vào cốc treo, phù hợp cho cuộn dây stato với yêu cầu đầu ra cao và tốc độ đầy đủ Với phương pháp cuộn dây nhảy đoạn tự động, cắt chỉ tự động và lập chỉ mục tự động, máy hoạt động hiệu quả và tiết kiệm thời gian Độ căng của cuộn dây có thể điều chỉnh, cho phép sắp xếp dây liên tục và không liên tục, đáp ứng nhu cầu cuộn dây cho động cơ 2/4/6 cực.

- Máy quấn dây tự động cho roto:

Hình 8: Máy quấn dây tự động cho roto Model: ND-NL-RT02 -Thông số kĩ thuật của máy:

Trọng lượng: 500Kg Điện áp: 220V, 50Hz, 3 pha

Công suất định mức: 5Kw

Thích hợp cho động cơ DC không chổi quét

Hệ thống nghiên cứu và phát triển PLC kết hợp với khí nén và hoạt động của con người cho phép tự động đạt vị trí, chuyển vị trí, vòng xoay qua rãnh, và quấn dây tự động Hệ thống này có khả năng lưu trữ 30 bộ thông số, mang lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất.

Mục tiêu thực hiện đề tài

- Tổng hợp kiến thức về máy quấn dây tự động

- Thiết kế máy quấn dây cho rotor và stator của động cơ điện cỡ nhỏ

- Lập quy trình chế tạo một số chi tiết điển hình của máy quấn dây

- Lập quy trình lắp ráp máy

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Rotor

Bảng 1: Thông số của một loại roto

Kích thước Vòng ngoài 200mm

Kích thước dây 0.25mm Điện áp 110V/220V/380V

Stator

Hình 11: Stator TG10870 Hình 10: Sơ đồ trải dây cuốn roto

Bảng 2: Thông số của stato TG10870

Kích thước Vòng ngoài 200mm, vòng trong 170mm

Hình 12: Sơ đồ trải dây cuốn stato

Cơ cấu chấp hành của máy quấn dây

Sản phẩm sau khi hoàn thành:

Hình 14: Lưu đồ máy quán dây roto

- Sơ đồ thiết kế hệ thống:

Hình 13: Roto sau khi được quấn dây

Hình 15: Sơ đồ khối máy roto

- Nguyên lý hoạt động quấn dây tự động

1 Rotor đến vị trí cuộn dây

2 Dây đã được xỏ, di chuyển đến vị trí cuộn rotor

Hình 16: Sơ đồ động máy roto

3 Trục xoay để cuộn dây vào rotor, trục cố định rotor đứng im

4 Cuộn đủ số vòng trục xoay dừng

5 Xoay roto đến vị trí cuộn dây tiếp theo

7 Sau khi cuộn xong cuộn cuối cùng cắt dây

8 Hoàn thành cuộn dây cho 1 rotor

Hình 17: Lưu đồ của máy stato

Thiết kế cơ cấu máy quấn dây (stator)

Bảng 3: Các phương án cho cơ cấu lắc

Cơ cấu Cơ cấu tay quay- thanh lắc

Cơ cấu cam cần lắc Dùng động cơ step

Cấu tạo Tay quay,thanh truyền, thanh lắc và giá đỡ

Cam, tay quay, khớp nối

Khi tay quay 1 quay vòng 1 theo đường tròn bánh kính AB thì thanh lắc 3 sẽ quét được 1 góc trên đường tròn đường kính CD

Khi cơ cấu cam quay, thanh lắc tiếp xúc với biên dạng cam, tạo ra chuyển động lắc qua lại giữa đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của cam Động cơ step cho phép điều chỉnh dễ dàng góc quay và tốc độ, mang lại nhiều ưu điểm cho quá trình vận hành.

- Đảm bảo tỉ số truyền chính xác

- Cấu trúc đơn giản do ít khâu và khớp

-Có thể điều chỉnh được góc quay, phân độ chính xác

- Dễ chế tạo chính xác do biên dạng tròn

- Có khả năng phối hợp chuyển động

-Không phải chế tạo chi tiết

- Đòi hỏi không gian lớn do kích thước lớn

- Chế tạo nhiều chi tiết hơn để hoàn thành cơ cấu

-Truyền lực kém, bề mặt nhanh mòn

- Đòi hỏi sử dụng lò xo hoặc một cơ cấu khác để đẩy về biên ban đầu

- Khó chế tạo chính xác biên dạng cam

- Động cơ step không đảm bảo năng suất làm việc do công suất yếu

Nhận xét: Động cơ step không đảm bảo năng suất cũng như công suất làm việc

Cơ cấu cam truyền lực kém và bề mặt nhanh mòn gây ra những vấn đề nghiêm trọng trong quá trình quấn dây Yêu cầu hoạt động liên tục của cơ cấu, do khuôn stator phải lắc qua lại nhiều lần với tốc độ lớn, làm tăng nguy cơ hỏng hóc.

Cơ cấu tay quay - thanh lắc có độ bền cao, ít chịu va đập và dễ chế tạo chính xác, đảm bảo yêu cầu cho quá trình quấn dây.

Vậy nên dựa vào những ưu nhược điểm trên ta chọn cơ cấu tay quay- thanh lắc

Bảng 4: Các phương án cho cơ cấu tịnh tiến luồn dây

Cơ cấu Tay quay con trượt Vít me- đai ốc

Cấu tạo Tay quay, con trượt, thanh truyền, giá đỡ

Trục vít me và đai ốc vít me

Khi tay quay 1 quay quanh trục A, đầu B của thanh truyền 2 chuyển động tròn làm con trượt 3 chuyển động tịnh tiến qua lại trên giá đỡ 4

Trục vít quay với số vòng quay n1, công suất truyền động P1, mômen xoắn trên trục T1 Vít có ren ngoài tương tự như bulong

- Đai ốc chuyển động tịnh tiến với vận tốc v2, công suất trên đai ốc là P2, đai ốc ren trong giống như đai ốc trong mối ghép ren Ưu điểm

- Cấu tạo đơn giản, thắng lực lớn, thực hiện di chuyển chậm

- Kích thước nhỏ, chịu được lực lớn.- Thực hiện các dịch chuyển chính xác cao

- Hiệu suất làm việc thấp

Dựa vào các phân tích trên ta chọn cơ cấu tay quay thanh trượt

Bảng 5: Các phương án cho cơ cấu trục xoay

Cơ cấu Đai Bánh răng

Cấu tạo Đai 2 bánh răng trụ răng thẳng

Khi động cơ quay, công suất từ bánh đai 1 được truyền cho bánh đai 2 thông qua ma sát giữa dây đai và hai bánh đai Trục xoay gắn liền với bánh đai 2, giúp động cơ truyền chuyển động cho bánh răng 1 Bánh răng 1 sau đó truyền động cho bánh răng 2 nhờ sự ăn khớp giữa hai bánh răng Trục xoay cũng được gắn vào trục của bánh răng để đảm bảo sự hoạt động hiệu quả.

-Có thể truyền động với vận tốc lớn

-Kết cấu vận hành đơn giản

-Chuyển động êm, không gây ồn

-Kích thước nhỏ, khả năng tải trọng lớn

-Tỷ số truyền không thay đổi

-Gây ồn khi làm việc

-Tải trọng tác dụng lên trục lớn vì lực căng đai

Ta chọn cơ cấu trục xoay bằng phương pháp bộ truyền đai: vẫn đáp ứng đủ yêu cầu của máy và tiết kiệm chi phí

2.4.4 Cơ cấu tịnh tiến đưa khuôn stator ra ngoài khi quấn xong

Bảng 6: Các phương án cho cơ cấu tịnh tiến của khuôn

Cơ cấu Vít me Xylanh khí nén

Cấu tạo vít me, đai ốc và bi Piston, bộ phận trượt, thân xylanh

Khi trục vít me hoặc đai ốc quay, các viên bi trong ống lệch hướng sẽ di chuyển vào ống hồi bi Tại đây, các viên bi liên tục di chuyển đến cuối đai ốc và trở lại rãnh giữa đai ốc và vít me Quá trình này diễn ra liên tục, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.

Xi lanh của máy nén khí hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng khí nén thành động năng, giúp piston di chuyển theo hướng mong muốn của người sử dụng, từ đó truyền động đến thiết bị bên ngoài.

33 sự hoạt động trơn tru và chính xác của vít me Ưu điểm

– Độ chính xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn

– Truyền động êm, có khả năng tự hãm, lực truyền lớn

– Có thể truyền động nhanh với vít me có bước ren hoặc số vòng quay lớn

– Hiệu suất truyền động thấp nên ít dùng để thực hiện những chuyển động chính

-Hoàn toàn không bị rò rỉ nên hệ thống có khả năng hoạt động hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn

-Có thể sử dụng với không khí không cần bôi trơn

Ống dẫn hướng của xi lanh được thiết kế kín hoàn toàn, ngăn chặn bụi bẩn xâm nhập vào hệ thống, từ đó giúp xi lanh hoạt động bền bỉ hơn và giảm thiểu ma sát, mài mòn.

-Có khả năng ứng dụng thuận lợi trong máy móc với bộ phận trượt xoay quanh ống thép không gỉ

- Giá thành vít me cao

Xi lanh khi nén loại không có thanh đẩy không thể chịu được áp suất và lực đẩy quá cao Nếu áp suất và lực đẩy vượt quá 1.6 lần so với lực đẩy tối đa, bộ phận trượt có thể bị ngắt rời khỏi khớp nối Tuy nhiên, việc lắp lại rất đơn giản và dễ dàng.

- Chọn sử dụng bộ truyền vít me để chuyền chyển động giúp trục khuôn gá stator di chuyển tịnh tiến ra khỏi vị trí làm việc

2.4.5 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động

- Sơ đồ thiết kế hệ thống:

Hình 15: Sơ đồ khối máy stato + Sơ đồ động

Hình 16: Sơ đồ động máy quấn stator

- Nguyên lý hoạt động quấn dây tự động

1 Dây đã được xỏ, di chuyển đến vị trí cuộn

2 Trục xoay khi giúp dây tịnh tiến xuống vị trí thấp nhất dừng lại

3 Cơ cấu lắc lắc 1 góc α

4 Trục quay giúp dây đi lên rồi dừng lại

5 Cơ cấu lắc lắc 1 góc –α

6 Lặp lại liên tục khi đã đủ số vòng dây

7 Xy lanh đẩy mâm xoay 1 khoảng a

8 Mâm xoay xoay góc β đến vị trí quấn dây cuộn tiếp theo

9 Lặp lại bước 2-8 đến khí stator được quấn hết

Hình 17: Biểu đồ trạng thái các cơ cấu trong quá trình quấn dây

Cách thay đổi cơ cấu

Bảng 7: Các phương pháp thay đổi cơ cấu lắc

Cơ cấu Thay đổi thanh lắc trên đĩa quay thủ công

Thay đổi thanh lắc trên đĩa quay tự động

Với mỗi loại stator ta thay đổi khoảng cách từ điểm đặt thanh lắc trên đĩa quay đến

Khoảng cách sẽ được thay đổi tự động chỉ cần cài đặt trên máy

Máy quấn dây tự động không chỉ phục vụ cho việc quấn một loại động cơ mà còn có khả năng quấn nhiều loại stator khác nhau Để thực hiện điều này, cơ cấu của máy cần được điều chỉnh phù hợp với từng yêu cầu của các stato Cụ thể, có thể thay đổi cơ cấu lắc của máy để tương thích với từng loại stato cần quấn, với nhiều phương pháp điều chỉnh khác nhau.

Chúng tôi lựa chọn phương pháp thay đổi thủ công, mặc dù việc này tốn nhiều thời gian và nhân lực hơn Tuy nhiên, so với chi phí sử dụng tự động, phương pháp thủ công vẫn tiết kiệm hơn.

Dây quấn động cơ

Động cơ điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ khí, sử dụng dây đồng quấn để hoạt động Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện dựa trên sự tương tác giữa dòng điện và từ trường trong cuộn dây.

Hình 18: Cuộn dây đồng sử dụng trong quấn dây tâm đĩa quay cho phù hợp với góc lắc Ưu điểm Tiết kiệm chi phí Tiện lợi, nhanh gọn

Tốn nhân công Giá thành cao chi phí sửa chữa nếu xảy ra lỗi cao

Động cơ có khả năng tạo ra lực để quay trục, sử dụng nguồn điện DC từ pin hoặc nguồn AC từ bộ nghịch lưu, lưới điện và máy phát điện Máy phát điện hoạt động ngược lại với động cơ, chuyển đổi năng lượng cơ năng thành điện năng.

Động cơ điện hiện nay bao gồm các thành phần như roto, stato, khe hở không khí, cuộn dây, ổ trục và cổ góp Việc phân loại động cơ cần xem xét các yếu tố như loại nguồn điện, cấu trúc động cơ, loại đầu ra chuyển động và ứng dụng của nó.

THIẾT KẾ KẾT CẤU MÁY

Máy stator

Chọn động cơ cho chuyển động trục chính:

* Động cơ servo ( AC motor)

- Động cơ servo sử dụng dòng điện xoay chiều 220V, dùng để dẫn động trục chính

Công suất cần thiết P= 5,4 KW

Tỷ số truyền bánh răng: 3

Bảng 8:Thông số các trục của bộ truyền bánh răng Trục

Thông số Động cơ Trục I Trục II Công tác

A Chọn vật liệu làm bánh răng

- Chọn thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 241 ÷ 285, có S < 60 mm (bảng 6.1)

Chọn HB = 255 Mpa ; 𝛿 b = 850 Mpa ; 𝛿 ch = 580 Mpa

- Chọn thép 45, tôi cải thiện đạt độ rắn HB = 192 ÷ 240, có S < 100 mm (bảng 6.1)

Chọn HB= 240 Mpa ; 𝛿 b = 850 Mpa ; 𝛿 ch = 580 Mpa

B Xác định ứng suất cho phép

- Ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép được xác định theo công thức:

1,1 = 509,1 (𝑀𝑃𝑎) +, Bánh răng trụ răng thẳng

C Xác định sơ bộ khoảng cách trục aw =  

Trong đó: Ka - Hệ số phụ thuộc vật liệu cặp bánh răng và loại răng Tra bảng 6.5 được Ka = 49,5 MPa 1/3

T1 - Là mô men xoắn trên trục I: T1 = 55445,2 (Nmm) Tra bảng 6.6 ta chọn ψba = 0.5

Xác định thông số ăn khớp:

+) Tính lại khoảng cách trục a:

+) Tính lại tỷ số truyền thực tế

24 = 3,79 Xác định hệ số chỉnh dịch:

Bảng 9: Hệ số chỉnh dịch

Hệ số chỉnh dịch Truyền động

Bánh nhỏ x1 Bánh lớn x2 Bánh răng thẳng

Bảng 10: Bảng tính toán các thông số của bánh răng

Số bánh răng lớn 𝑧 2 = 96 modul m=1,5

Khoảng cách trục chia a=0,5.m(z1+z2) Đường kính chia 𝑑 1 = 𝑚𝑧 1 = 36 𝑚𝑚

𝑑 𝑤2 = 𝑑 𝑤1 𝑢 𝑚 W,94.3,79!9,6mm Đường kính đỉnh răng

Góc profin gốcprofin răng α 0 𝛼 𝑡 = 20 0 Đường kính cơ số

D Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc

- Ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên bề mặt răng của bộ truyền phải thỏa mãn điều kiện sau:

Tra bảng 5.3 ta có ZM = 274 MPa 1/3

Tra bảng 5.11, ta có ZH =1,76

- Zε: Là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

=> Thỏa mãn về điều bền tiếp xúc

E Kiểm nghiệm răng về điều kiện uốn: Để đảm bảo độ bền uốn cho răng thì ứng suất uốn sinh ra tại mặt răng không được vượt quá ứng suất cho phép σF1 = 2.T1.KF.Yβ.Yε.YF1 bw.dw1.mn ≤ [σF1] (3.7)

T1U445,2 Nmm mn = 1,5 bw = 145 mm dw1 = 121,09 mm

1,71 = 0,58 là hệ số kể đến sự trùng khớp của răng

Tra bảng 5.16 và nội suy ta có: YF1=3,9 ; YF2 = 3,61

KF – Hệ số tải trọng khi tính cho uốn

Tra bảng 5.5 và nội suy ta có: KFβ = 1,14

Vì là răng thẳng nên: KFα = 1

Thay các giá trị vừa tính được vào (6.43) và (6.44):

- Xác định chính xác ứng suất uốn cho phép: σF1 < [σF1] &2,26 σF2 < [σF2]%2

=> Vậy hệ thỏa mãn điều kiện bền uốn

F Kiểm nghiệm răng về quá tải

- Ứng suất tiếp xúc: σHmax = σH K qt ≤ [σ H ] max ; Với K qt = T T max = 1,7 σHmax = 230,52 √1,65 = 296,1 ≤ [σH]max = 1260 MPa

- Ứng suất uốn: σFmax = σF.√Kqt = 33,14.√1,65

=> Thỏa điều kiện quá tải về ứng xuất uốn

Bảng 11: Thông số kích thước của các bánh răng

Số răng Z1 = 24 (răng) Z2 = 96 (răng) Đường kính vòng chia d1 = 36 (mm) d2 = 144 (mm) Đường kính vòng đỉnh da1 = 39 (mm) da2 = 147 (mm)

49 Đường kính vòng đáy df1 = 32,25 (mm) df2 = 140,25

Chiều rộng răng bw = 30 (mm)

Khoảng cách trục aw = 90 (mm)

3.1.3 Cơ cấu tịnh tiến mâm xoay

Hình 20: Cơ cấu chuyện động tịnh tiến ( Vít me) Cấu tạo Vít me

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên việc khi trục vít me hoặc đai ốc quay, các viên bi sẽ bị thay đổi hướng trong ống lệch hướng Chúng di chuyển vào ống hồi bi, nơi mà các viên bi liên tục di chuyển về phía cuối của đai ốc Cuối cùng, các viên bi sẽ ra khỏi ống hồi bi và đi vào rãnh.

Quá trình hoạt động giữa đai ốc và vít me diễn ra liên tục, đảm bảo sự chính xác và trơn tru trong việc vận hành Động cơ đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển động tịnh tiến của trục vít me thông qua khớp nối, với tỷ số truyền 1:1.

Cơ cấu tay quay-con trượt đồng tâm

Hình 21: Cơ cấu tay quay con trượt Nguyên lý hoạt động:

Khi tay quay 1 quay quanh trục A, đầu B của thanh truyền 2 chuyển động tròn làm con trượt 3 chuyển động tịnh tiến qua lại trên giá đỡ 4 Nhờ đó

51 chuyển động quay của tay quay biến thành chuyển động tịnh tiến qua lại của con trượt

Nối trục vòng đàn hồi có thiết kế đơn giản, dễ dàng chế tạo và thay thế Thiết bị này được sử dụng để truyền mômen xoắn nhỏ và trung bình, có khả năng hoạt động hiệu quả trong chế độ lệch tâm từ Δr = 0,2 đến 0,6 mm, với độ lệch góc lên đến 10 độ.

Hình 23: Mâm xoay cơ khí Hình 22: Khớp nối

Dạng: Khung thép, bánh xoay

Dùng đề gắn thêm động cơ lên trên giúp tích hợp hai chuyển động quay và lắc trong quá trình quấn dây

Cấu tạo của cơ cấu tay quay thanh lắc bao gồm: tay quay 1 (thanh AB), thanh truyền 2 (thanh BC), thanh lắc 3(thanh CD) và giá đỡ AD

Khi tay quay 1 quay vòng 1 theo đường tròn bánh kính AB thì thanh lắc 3 sẽ quét được 1 góc trên đường tròn đường kính CD

Để thanh lắc 3 đổi hướng quay, ba điểm A, B và C cần phải thẳng hàng Khi điểm B trùng với B’, ba điểm A, B’ và C sẽ thẳng hàng, cho phép thanh lắc 3 quét được góc C’DC Tương tự, khi B trùng với B’’, ba điểm A, B’’ và C cũng sẽ thẳng hàng, và thanh lắc 3 sẽ quét được góc CDC’’.

Vậy khi thanh AB quay được 1 vòng 360 độ thì thanh CD sẽ quét được 1 góc là C’DC’’, ta cho góc C’DC’’=∝ jb

Hình 24: Cơ cấu tay quay thanh lắc

Hình 25 minh họa sơ đồ cơ cấu lắc và đồ gá stato, trong đó đĩa quay tương ứng với đường tròn bán kính AB (hình 3.1) và đồ gá stato tương ứng với đường tròn đường kính CD (hình 3.1).

Biểu diễn đường kính của đồ gá stato tương ứng với đường tròng đường kính

Hình 26: Hình vẽ đồ gá stato

Để đảm bảo việc di chuyển lên xuống của thanh dẫn dây và dây cuốn diễn ra thuận lợi, thanh dẫn cần phải vuông góc và nằm trên đoạn OB Sau khi lắc, đoạn OA sẽ quay một góc ∆, tạo thành góc AOC Độ dài của thanh truyền không ảnh hưởng đến góc quay, vì vậy kích thước của thanh truyền có thể được tùy chọn.

Mà đĩa quay kia luôn phải quay tròn 1 góc bằng 360° và tay quay quét được 1 góc = 2∆ nên ta suy ra được:

𝑑 đĩ𝑎 𝑞𝑢𝑎𝑦 là đường kính tối thiếu cần thiết của đĩa quay với:

𝑑đồ 𝑔á 𝑠𝑡𝑎𝑡𝑜 là đường kính cần thiết đồ gá stato với:

Dựa vào tỷ số đã nêu, chúng ta có thể chế tạo hoặc lựa chọn các đĩa quay và đồ gá stato phù hợp với từng loại stato có kích thước khác nhau.

Máy roto

Chọn động cơ và tính bộ truyền đai

Ta tính toán với thông số kỹ thuật khi dây đó được quấn đủ khối lượng tròn trong quấn Trong đó:

Khối lượng bản thân tang quấn: m = 0,5 kg

 Lực tác dụng của tang quấn: F = 0,5 kg = 5 N

Vận tốc quay của quả lụ: v = 30 m/phút

Tính hiệu suất của hệ thống :

- Ở đây quá trình giảm tốc dựng bộ truyền đai nên ta chọn như sau: Hiệu suất của bộ truyền đai: 𝜂đ =0,95

Hiệu suất truyền của ổ lăn: η ol = 0,99

Hiệu suất hệ thống : 𝜂ht = 𝜂đ (η ol ) 2

Công suất cần thiết: Pct = = 0,15

Ta chọn động cơ điện số hiệu YL90-4, với cácc thông số kỹ thuật:

Bảng 12: Thông số kỹ thuật của động cơ điện YL90-4 Điện áp (V) 220

Tốc độ vòng quay (v/phút) 1450

Chọn loại tiết diện đai hình thang bình thường loại A do không có yêu cầu đặc biệt nào Thông số kích thước cơ bản của đai được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 13: Thông số kích thước của đai thang loại A

Kích thước mặt cắt (mm) Diện tích A(mm 2 ) d1

Tính chọn sơ bộ đai:

Chọn đường bánh đai nhỏ : d1 ` (mm) ;

Như vậy vận tốc đai tính toán nhỏ hơn vận tốc đai cho phép vmax = 25 m/s

Ta có hệ số trượt đai :

Suy ra đường kính bánh đai lớn : d2 =d 1 U đ (1 − ε) `.2,5.(1-0,02) = 147 (mm)

Như vậy tỷ số truyền thực tế utt= d2/(d1.(1-ε))

Suy ra tỷ số truyền thực tế thỏa mãn

Vậy asb= 142,5 (mm) Điều kiện khoảng cách trục cần thỏa mãn:

Vậy trị số a thỏa mãn điều kiện cho phép về khoảng cách trục

Chiều dài sơ bộ của đai là: lsb = 2.asb + +

Tra bảng, ta chọn chiều dài đai tiêu chuẩn là le0 (mm)

Số vòng chạy của đai: i = v l = 4,55

→ Chiều dài của đai đảm bảo độ bền

Khoảng cách trục tính toán lại là: a = ( + )/4 với: = e0-3,14.(60+150)/2 20,3 (mm) và: = (d2 -d1)/2 = (150- 60)/2 = 45 (mm)

Vậy khoảng cách trục thực tế là : a = 153,56 (mm)

Tính góc ôm 1 trên bánh đai nhỏ theo công thức:

153,56 6,59 o Vậy 1 6,59 o >120 O → góc ôm thỏa mãn điều kiện. -Xác định số đai: z Trong đó:

+ Công suất trên trục bánh đai chủ động :

Pcđ = PO = Pđộng cơ = 0,75 ( Kw )

+ Hệ số tải trọng động: Kd = 1,1

+ Hệ số kể đến ảnh hưởng của góc ôm 1: C = 0,85

+ Hệ số kể đến ảnh hưởng của chiều dài đai:

+ Hệ số kể đến ảnh hưởng của tỉ số truyền :

+ Hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai: Cz=1

II.4-Xác định chiều rộng bánh đai

- Chiều rộng của bánh đai được xác định theo công thức:

Tra bảng 4.21[I] : t = 15 mm ; e = 10 mm ; h0 = 3,3 mm

Vậy: B = (1 - 1).15+ 2.10 = 20 mm Đường kính ngoài của bánh đai : da = d + 2h0

- Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ là: da1 = d1 + 2h0 = 60 +2.3,3f,6 (mm)

- Đường kính ngoài của bánh đai lớn là:

II.5-Xác định các lực trong bộ truyền

- Xác định lực vòng theo công thức: Fv = qm v 2

Khối lượng 1 mét chiều dài đai qm = 0,105 (kg/m)

- Xác định lực căng ban đầu:

4,55.0,85.1 + 2,17 = 490,23 (N) (3.9) Lực tác dụng lên trục :

2 = 939,08 (N) (3.10) Bảng 14: Bảng thông số bộ truyền đai

Thông số Đai thang thường Đường kính bánh đai nhỏ : d 1 60 mm Đường kính bánh đai lớn : d 2 150 mm

Chiều rộng bánh đai : B 20 mm

Khoảng cách trục : a 153,56 mm Góc ôm : α 1 146,59

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH

Các chi tiết

Arduino là nền tảng phần cứng chuẩn hóa, cho phép người dùng dễ dàng lựa chọn và lắp ráp các linh kiện cần thiết để tạo ra sản phẩm Nếu bạn muốn chế tạo xe điều khiển từ xa, Arduino cung cấp đầy đủ các module như điều khiển động cơ, mạch điều khiển và mạch thu phát sóng không dây Nhờ đó, bạn không cần phải thiết kế mạch điện phức tạp, vì mọi thứ đã được chuẩn bị sẵn.

Arduino có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8,

Vi điều khiển ATmega168 và ATmega32 có khả năng thực hiện các tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lý tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, và làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm với hiển thị trên màn hình LCD.

Bảng 15: Thông số bộ mạch điều khiển

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

Chọn Driver Step Motor A4988 vì có các đặc tính phù hợp:

Bộ điều khiển DMOS A4988 siêu nhỏ có khả năng điều khiển động cơ bước lưỡng cực với dòng điện tối đa lên đến 2A cho mỗi cuộn dây, đồng thời tích hợp bộ chuyển đổi và bảo vệ quá dòng.

- Dễ dàng điều khiển hướng quay và số bước quay

5 chế độ điều khiển: full step, haft step, 1/4, 1/8, 1/16

- Có thể điều chỉnh dòng tối đa thông qua một biến trở cho phép động cơ bước hoạt động với công suất tối đa

- Ngắt bảo vệ khi quá nhiệt, quá áp và quá dòng

+ Dòng liên tục trên mỗi pha: 1A~2A

- Chọn Driver Step Motor A4988 vì có các đặc tính phù hợp:

Bộ điều khiển DMOS A4988 siêu nhỏ được trang bị bộ chuyển đổi và bảo vệ quá dòng, cho phép điều khiển động cơ bước lưỡng cực với dòng điện tối đa lên đến 2A cho mỗi cuộn dây.

+ Dễ dàng điều khiển hướng quay và số bước quay 5 chế độ điều khiển: full step, haft step, 1/4, 1/8, 1/16

+ Có thể điều chỉnh dòng tối đa thông qua một biến trở cho phép động cơ bước hoạt động với công suất tối đa

+ Ngắt bảo vệ khi quá nhiệt, quá áp và quá dòng

+ Dòng liên tục trên mỗi pha: 1A~2A

Nguyên lý hoạt động của thiết bị yêu cầu có lực tác động, bao gồm chân COM, chân thường đóng (NC) và chân thường hở (NO) Trong điều kiện bình thường, tiếp điểm giữa chân COM và chân NC sẽ được kết nối với nhau Khi có lực tác động lên, thiết bị sẽ thực hiện chức năng của mình.

Hình 28: Bộ mạch điều khiển

Hình 29: Công tắc hành trình

Khi chân COM và chân NC hở ở vị trí 66, mạch sẽ chuyển sang chân COM và chân NO Do đó, việc xác định chính xác ba chân này là rất quan trọng khi đấu điện Chúng ta có thể sử dụng VOM để kiểm tra và đo ngắn mạch nhằm xác định chính xác các chân.

Nó hoạt động như một nút ấn, thay thế động tác ấn bằng tay bằng sự va chạm của các bộ phận cơ khí, chuyển đổi chuyển động cơ khí thành tín hiệu điện.

+ Dòng sản phẩm này mới thâm nhập vào thị trường Việt Nam

+ Độ bền tương đối tốt, xuất xứ Hàn Quốc

Cách dấu dây cho công tắc hành trình:

Hình 30: Sơ đồ đấu dây cho công tắc hành trình

Lập trình và sơ đồ điện của máy

Hình 31: Sơ đồ mạch điện cho máy quấn dây stato Các lệnh lập trình để giúp máy hoạt động đúng nguyên lý:

#define Z_LIMIT digitalRead(Z_LIMIT_PIN)

#define Y_LIMIT digitalRead(Y_LIMIT_PIN)

#define X_LIMIT digitalRead(X_LIMIT_PIN)

#define X_Thuan digitalWrite(X_DIR_PIN,HIGH)

#define X_Nguoc digitalWrite(X_DIR_PIN,LOW)

#define Y_Thuan digitalWrite(Y_DIR_PIN,HIGH)

#define Y_Nguoc digitalWrite(Y_DIR_PIN,LOW)

#define Z_Thuan digitalWrite(Z_DIR_PIN,HIGH)

#define Z_Nguoc digitalWrite(Z_DIR_PIN,LOW) int a,b,tg; void Truc_X(int toc_do){ int delay_= Speed_max-toc_do; digitalWrite(X_STEP_PIN,HIGH); delayMicroseconds(delay_);

70 digitalWrite(X_STEP_PIN,LOW); delayMicroseconds(delay_);

} void Truc_Y(int toc_do){ int delay_= Speed_max-toc_do; digitalWrite(Y_STEP_PIN,HIGH); delayMicroseconds(delay_); digitalWrite(Y_STEP_PIN,LOW); delayMicroseconds(delay_);

} void Truc_Z(int toc_do){ int delay_= Speed_max-toc_do; digitalWrite(Z_STEP_PIN,HIGH); delayMicroseconds(delay_); digitalWrite(Z_STEP_PIN,LOW); delayMicroseconds(delay_);

} void Home_X(){ if(X_LIMIT==ON){

} void Home_Y(){ if(Y_LIMIT==ON){ for(int i=0;i6&&a=7&&a=9&&a&&a Vậy máy làm việc an toàn

3 Nguyên công 3: Khoan 2 lỗ ∅30 a, Định vị và kẹp chặt

Hình 34: Nguyên công 2: Khoan lỗ ∅30

- Định vị ở mặt bên 3 bậc tự do bằng phiến tỳ

- Định vị ở lỗ ∅30 bằng chốt trụ ngắn 2 bậc tự do

- Định vị ở mặt cạnh 1 bậc tự do bằng chốt tỳ đầu khía b, Chọn máy và dao

- Chọn máy: Máy khoan ngang 2620

- Dao khoan có mũi dao gắn với mảnh hợp kim BK8 c, Tính toán chế độ cặt

+Theo sức bền của mũi khoan có công thức:

𝐻𝐵 0,75 với dữ kiện ta có D mm, HB = 150

Thay vào ta có S = 1,93 mm/vòng

+ Theo bảng 8-3 với mũi khoan đường kính D = 20 ta thấy S = (0,4 – 0,48), ở đây ta chọn S = 0,4 Vậy nên S = 0,4 mm/vòng

=> Theo thuyết minh của máy chọn S = 0,42 mm/vòng

𝑇 𝑚 𝑡 𝑋𝑣 𝑆 𝑦𝑣 𝐾 𝑣 + Theo bảng 3-3 CDCGCCK ta có:

Số vòng quay của mũi khoan: n = 1000.V πD = 1000.38,09 π20 = 536,31 vòng/phút

=> Ta chọn theo số vòng quay của máy là 530vòng/phút

- Momen xoắn và lực cắt:

Cm Zm Ym Cp Zp Yp

+ Tra bảng 12-1 và 13-1 ta có 𝐾 𝑚𝑝 = 𝐾 𝑚𝑀 = 1

+ Thay vào công thức ta có:

- Công suất khi khoan là:

=> [N]< [𝑁] 𝑚 =2,8 kW nên thỏa mãn điều kiện làm việc

+Theo sức bền của mũi khoan có công thức

Số vòng quay của mũi khoan: n = 1000.V πD = 1000.48,09 π10 = 1530 vòng/phút

=> Ta chọn theo số vòng quay của máy là 1360 vòng/phút

Cm Zm Ym Cp Zp Yp

4.Nguyên công 4 : Khoét doa lỗ ∅32 a, Định vị và kẹp chặt

Hình 35: Nguyên công 4: Khoét doa lỗ ∅32 Phiền tỳ hạn chế 3 bậc tự do ở mặt bên

Chốt trụ ngắn tại mặt B hạn chế 2 bậc tự do

Chốt tỳ đầu khía hạn chế 1 bậc ở mặt cạnh

+ Kẹp chăt: Kẹp chặt bằng khối V b, Chọn dao và chọn máy

- Chọn máy : chọn máy khoan đứng 2A135

- Chọn mũi khoét, doa làm bằng thép gió P18 với Z =4 c, Tính toán chế độ cắt

- Tính S theo công thức độ bền dao: S= 𝐶 𝑠 𝐷 0,6

- Tra bảng 51 (CĐCGCCK) ta có: S0 =1,2 – 1,5 mm/v

+ Theo máy chọn Sm =1,22 mm/vg

- Vẫn tốc cắt khi khoét: V= 𝐶 𝑉 𝐷

𝑇 𝑚 𝑡 𝑋𝑣 𝑆 𝑌𝑣 𝐾𝑣 + Theo bảng 3-3 CDCGCCK ta có

Ta có: Kv = Kmv.Knv.Kuv Klv

- Số vòng quay trụ chính: n = 1000.𝑉

𝜋.31,5 = 231,1 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 + Theo thuyết minh của máy, lấy n = 195 vòng/phút

+ Bảng 11-1(CĐCGCCK): CPZ= 100; XPZ =1; YPZ=0,75;

+ Theo bảng 12-1 và 13-1(CĐCGCCK): Kmp = ( 𝐻𝐵

975 = 1,95 𝑘𝑊 + 𝑁 𝑐𝑔 < [Nd]= 6 nên máy làm việc an toàn

- Tính S theo công thức độ bền dao: S= 𝐶 𝑠 𝐷 0,7

- Tra bảng 9-3 (CĐCGCCK) ta có: S0 =1,2 – 2 mm/v

+ Theo máy chọn Sm =1,6 mm/vg

𝑇 𝑚 𝑡 𝑋𝑣 𝑆 𝑌𝑣 𝐾𝑣 + Theo bảng 3-3 CDCGCCK ta có

Ta có: Kv = Kmv.Knv.Kuv Klv

- Số vòng quay trụ chính: n = 1000.𝑉

𝜋.32 = 242,3 𝑣ò𝑛𝑔/𝑝ℎú𝑡 + Theo thuyết minh của máy, lấy n = 275 vòng/phút

- Khi doa lực dọc trục nhỏ nên bỏ qua

+ Bảng 11-1(CĐCGCCK): CPZ= 100; XPZ =1; YPZ=0,75;

+ Theo bảng 12-1 và 13-1(CĐCGCCK): Kmp = ( 𝐻𝐵

975 = 0,88 𝑘𝑊 + 𝑁 𝑐𝑔 < [Nd]= 6 nên máy làm việc an toàn

5 Nguyên công 5 : Khoan - Khoét 2 lỗ ∅24 a, Định vị và kẹp chặt

Hình 36: Nguyên công 5 - Khoan lỗ ∅24 + Định vị:

Phiền tỳ hạn chế 3 bậc tự do ở mặt bên

Chốt đầu khía tại mặt B hạn chế 2 bậc tự do

+ Kẹp chăt: Kẹp chặt bulong kẹp b, Chọn dao và chọn máy

- Chọn máy : chọn máy khoan ngang 2620

- Chọn mũi khoét, doa làm bằng thép gió P18 với Z =4 c, Tính toán chế độ cắt

𝐻𝐵 0,75 với dữ kiện ta có D " mm, HB = 150

Thay vào ta có S = 2 mm/vòng

+ Theo bảng 8-3 với mũi khoan đường kính D = 22 ta thấy S = (1 – 1,2), ở đây ta chọn S = 1 Vậy nên S = 1 mm/vòng

- Số vòng quay của mũi khoan: n = 1000.V πD = 1000.23,03 π22 = 333,32 vòng/phút

Cm Zm Ym Cp Zp Yp

- Công suất khi khoan là

𝐻𝐵 0,75 với dữ kiện ta có D $ mm, HB = 150

+ Theo bảng 8-3 với mũi khoan đường kính D = 24 ta thấy S = (1 – 1,2), ở đây ta chọn S = 1,2 Vậy nên S = 1,2 mm/vòng

- Số vòng quay của mũi khoan: 𝑛 = 1000.𝑉

Cm Zm Ym Cp Zp Yp

- Công suất khi khoan là

6 Nguyên công 6 : Khoan khoét doa 2 lỗ ∅16 a, Định vị và kẹp chặt

Hình 37: Nguyên công 6: Khoan – Taro lỗ M16

Phiền tỳ hạn chế 3 bậc tự do ở mặt bên

Chốt đầu khía tại mặt B hạn chế 2 bậc tự do

+ Kẹp chăt: Kẹp chặt bằng cơ cấu kẹp liên động b, Chọn dao và chọn máy

- Chọn máy : chọn máy phay ngang 6H82

- Chọn mũi khoét, doa làm bằng thép gió P18 với Z = 4 c, Tính toán chế độ cắt :

- Số vòng quay của mũi khoan: 𝑛 = 1000.𝑉

Cm Zm Ym Cp Zp Yp

=> [N]< [𝑁] 𝑚 =7 kW nên thỏa mãn điều kiện làm việc

Với đường kính đỉnh ren là 16mm, còn đường kính chân ren là 15 mm

Chiều sâu cắt lớn nhất t = 16−15

Tốc độ cắt của bước taro này là:

D: Đường kính danh nghĩa của ren

S: Bước chạy dao: S = 1 mm/vòng

Các hệ số ta tra được trong bảng 5-49 (Sổ tay công nghệ chế tạo máy- tập 2): Cv = 245; x = 0,5; y = 2, q = 0,5; m = 0,9; T = 200 phút

Hệ số điều chỉnh tổng quát:

Tra bảng 5-50 (Sổ tay công nghệ chế tạo máy- tập 2) ta có:

KTV = 0,8 là hệ số phụ thuộc vào độ chính xác của ren được gia công Như vậy vận tốc cắt của bước taro này là:

𝜋.16 = 14,52 (vg/ph) Theo thuyết minh của máy chọn n = 30 (vg/ph)

Vậy vận tốc thực khi cắt là :

𝑖 𝑛 𝑝 𝐾𝑝 Với Cp = 103, i = 2, y =1,8 ( Tra bảng 5-49 – Sổ tay CNCTM2)

=> Đảm bảo điều kiện làm việc của máy.

Máy roto

5.2.1 Thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết bánh răng số 1 Xác định phôi và phương pháp chế tạo phôi:

Trong sản xuất, có nhiều phương pháp chế tạo phôi khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng loại sản xuất và nhà máy Việc lựa chọn phôi cần chú ý đến hình dáng của phôi phải gần giống với chi tiết cần gia công, giúp giảm thiểu các bước công nghệ và lượng dư gia công không cần thiết, từ đó giảm chi phí ban đầu và giá thành sản phẩm Một số phương pháp chế tạo phôi phổ biến bao gồm phôi thép thanh, phôi thép cán, phôi dập, phôi rèn tự do và phôi đúc.

Dựa vào cấu trúc, tính năng hoạt động, yêu cầu kỹ thuật và phương pháp sản xuất, vật liệu phôi được lựa chọn là thép C45.

- Chọn phương pháp chế tạo phôi:

Ta có thể áp dụng ba phương pháp để tạo phôi bánh răng như sau:

Phôi rèn và phôi dập Đặc tính và lĩnh vực sử dụng của một số loại phôi rèn và phôi dập

Bảng 16: Phương pháp chế tạo phôi

Kích thước hoặc khối lượng Độ chính xác của phôi Độ nhám bề mặt Rz,

Dập trên máy búa, máy ép

Tới 200 kg, thành mỏng tối đa 2.5 mm - 320  160

Dập thô sau đó dập tinh nguội

Khối lượng tới 100 kg, thành mỏng tối đa 2.5 mm

Dập và vuốt trên máy rèn ngang

100 kg, đường kính phôi tới 315 mm

Dập ép Đường kính tới 200 mm 0.2  0.5 mm 320  80

Các loại phôi cán và lĩnh vực sử dụng chúng

Dạng phôi cán hoặc prôphin Lĩnh vực sử dụng

-Cán nóng, tiết diện tròn, độ chính xác thường và cao

-Tiết diện tròn, độ chính xác cao

-Tiết diện vuông, sáu cạnh

-Phôi cán nóng dạng tấm, độ chính xác thông thường

-Phôi cán tinh, tiết diện vuông, sáu cạnh

Chế tạo các trục bậc có độ chênh đường kính không lớn, các chi tiết dạng ốc có đường kính ngoài tới 25 mm

Các chi tiết kẹp chặt, các thanh đòn, tấm gá và thanh chêm

-Phôi cán nóng có chiều dày lớn

-Phôi tấm cán nóng và nguội có chiều dày nhỏ

Bích, vòng chặn, chi tiết phẳng bạc rỗng hình trụ

Phôi ống các loại, cán nóng và nguội, không có mối ghép hàn

Xi lanh, bạc, ống đỡ trục chính, cốc đỡ, con lăn, trục rỗng

Prôphin có tiết diện dọc thay đổi theo chu kỳ

Trục bậc trong sản xuất loạt lớn và hàng khối

Phôi cán trên máy cán trục vít nằm ngang

Trục, bạc và các chi tiết khác trong sản xuất hàng khôi và loạt lớn

Phôi đúc có nhiều loại và phương pháp sản xuất khác nhau, bao gồm các kiểu khuôn đúc và điều kiện tạo phôi đa dạng Có ba phương pháp đúc chính được sử dụng, mỗi phương pháp mang lại độ chính xác và lượng dư khác nhau cho sản phẩm.

Phương pháp rèn dập nổi bật hơn cả nhờ khả năng đảm bảo chất lượng bề mặt, độ chính xác của phôi ban đầu và sản xuất với số lượng lớn.

- Trình tự các nguyên công

- Nguyên công I : Khỏa mặt đầu A, tiện lỗ Φ10

- Nguyên công II : Tiện trụ ngoài Φ82

- Nguyên công III : Khỏa mặt đầu B

- Nguyên công IV: Xọc rãnh then

- Nguyên công I : Khỏa mặt đầu A

- Nguyên công II: Tiện lỗ Φ10

- Nguyên công III : Tiện trụ ngoài Φ82

- Nguyên công IV : Khỏa mặt đầu B

- Nguyên công VI : Xọc rãnh then

Sau khi nghiên cứu nguyên lý làm việc và hình dáng chi tiết, chúng tôi đã so sánh các phương pháp để đạt được độ chính xác về kích thước và độ nhẵn bóng bề mặt Cuối cùng, phương án 1 được chọn để gia công vì sử dụng chuẩn đơn giản, kết cấu đồ gá không phức tạp, dễ dàng gia công và mang lại năng suất cao nhất Nguyên công I bao gồm việc khỏa mặt đầu A và tiện lỗ Φ10.

Hình 38:Sơ đồ định vị kẹp chặt nguyên công I Định vị: Chi tiết được định vị trên mâm cặp 3 chấu khử 5 bậc tự do

Mặt phẳng định vị có khả năng hạn chế 3 bậc tự do, bao gồm chống quay quanh trục OX, OY và chống tịnh tiến theo trục OZ Trong khi đó, mặt trụ ngoài chỉ hạn chế 2 bậc tự do, cụ thể là chống tịnh tiến theo các trục OX và OY Các thông số n s 1, s 2, s 3 và ỉ10 +0.02 cũng cần được xem xét trong quá trình định vị.

Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm với ren vít mặt đầu – acsimet vào mặt trụ ngoài

Chọn máy : Máy tiện trục nằm ngang T616

Thông số chính của máy:

Chiều cao tâm (Htâm) của máy là 160mm, với khoảng cách giữa hai đầu tâm (Ltâm) đạt 750mm Đường kính lớn nhất của chi tiết có thể gá trên bàn dao là Dtrục = 170mm Máy có 12 cấp tốc độ trục chính, cụ thể là T616 với các tốc độ: 44, 63, 91, 120, 173, 248, 350, 503, 723, 958, 1380 và 1980 vòng/phút Đường kính mâm cặp là D 0, côn mooc trục chính là No4 và đường kính lỗ trục chính là 30mm.

Lượng tiến dao dọc: 0,06 đến 3,24 (mm/v)

Lượng tiến dao ngang: 0,04 đến 2,45 (mm/v)

Công suất động cơ: 4,5Kw – 220/380V

- Dao tiện ngoài thân cong có gắn mảnh hợp kim cứng với các thông số sau : h mm ; b = 12 mm ; L = 120mm ;  = 45 0

- Dao tiện lỗ có gắn mảnh hợp kim cứng với các thông số sau : h mm ; b = 16 mm ; L = 200 mm ;  = 45 0

- Mũi khoan chống côn mooc số 2: D = 9,8mm

190 0,75 = 0,34 (mm/vòng) Vận tốc cắt

Tra bảng 5.29 (Sổ tay CNCTM tập 2) có :

Chu kỳ bền T tra bảng 5.30 có: T = 60 phút

Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt kv tính đến các điều kiện cắt thực tế: kv = kMv kuv klv

Hệ số kMV thể hiện sự phụ thuộc vào vật liệu gia công, trong khi hệ số kuv phản ánh sự phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt Bên cạnh đó, hệ số klv cũng đóng vai trò quan trọng, nó phụ thuộc vào chiều sâu khoan.

Tra bảng 5.1 (stcnctm - 2) được kMV = 190 ) 1 , 3

Tra bảng 5.31 (stcnctm - 2) được klv = 1

Tra bảng 5.6 (stcnctm - 2) được kuv = 1

Suy ra tốc độ cắt: V 0,25 0,125 0,4

Số vòng quay trục chính: nt = 1000𝑉 𝑡

𝜋.80 = 2214,65(vòng/phút) Chọn tốc độ cho máy nm = 2000 (vòng/phút)

Tra bảng 5.32 (stcnctm - 2) có : Cp = 42,7 ; qp = 1 ; yp = 0,8

Tra bảng 5.32 (stcnctm - 2) có : Cm = 0,021 ; qm = 2 ; ym = 0,8

Lượng chạy dao S = 2,4 mm/vòng tra bảng 5.27(sổ tay CNCTM II)

CV và các số mũ tra bảng 5.29 ( sổ tay CNCTM II )

Chu kỳ bền Ttra bảng 5.30 ( sổ tay CNCTM II ) T = 75 phút

Hệ số điều chỉnh chung cho tốc độ cắt, kV, được tính bằng cách nhân các hệ số knv, kMV, kuv, và klv, trong đó kMV phụ thuộc vào loại vật liệu gia công, kuv phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt, và klv phụ thuộc vào chiều sâu khoét.

Tra bảng 5.15.4 ( sổ tay CNCTM II ) kMV = (190/200) 1,3 = 1

Tra bảng 5.6 ( sổ tay CNCTM II ) kuv = 1

Tra bảng 5.31 ( sổ tay CNCTM II ) klv = 1

Tra bảng 5.5 ( sổ tay CNCTM II ) knv = 0,85 kV = 1.0,85.1.1 = 0,85

3,14.9 = 1910 vòng/phút chọn n = 1650 vòng/phút

Như vậy tốc độ cắt thực tế là:

190 0,75 = 0,14 (mm/vòng) Vận tốc cắt:

Tra bảng 5.29 (Sổ tay CNCTM tập 2) có:

Chu kỳ bền T tra bảng 5.30 (Sổ tay CNCTM tập 2) có: T = 60 phút

Trong đó: kMV: hệ số phụ thuộc vật liệu gia công kuv: hệ số phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt

119 klv: hệ số phụ thuộc chiều sâu khoan

Số vòng quay trục chính: nt D

 10 = 1278,49(vòng/phút) Chọn tốc độ cho máy nm = 1000 (vòng/phút)

Tra bảng 5.32 (stcnctm - 2) có : Cp = 42,7 ; qp = 1 ; yp = 0,8 kp = kMv= 190 ) 1 , 3

Bảng 17: Thông số chế độ cắt nguyên công 1

Bước CN Máy Dao n (vg/ph) S (mm/vg) T(mm) b Nguyên công II : Tiện trụ ngoài Φ82

Hình 39: Sơ đồ định vị kẹp chặt nguyên công II ỉ8 2±0.05 n s 1

Chi tiết 121 được định vị trên trục gá với 5 bậc tự do hạn chế Mặt đầu của chi tiết được định vị bởi mặt phẳng bậc trục, hạn chế 3 bậc tự do, trong khi lỗ ỉ10 của chi tiết được định vị bởi chốt trụ ngắn, hạn chế 2 bậc tự do.

Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng đai ốc

Chiều cao tâm (Htâm) của máy là 160mm, với khoảng cách giữa hai đầu tâm (Ltâm) là 750mm Đường kính lớn nhất có thể gá trên bàn dao là Dtrục = 170mm Máy có 12 cấp tốc độ trục chính, cụ thể là T616 với các tốc độ: 44, 63, 91, 120, 173, 248, 350, 503, 723, 958, 1380 và 1980 vòng/phút Đường kính mâm cặp là D 0, côn mooq c trục chính là No4, và đường kính lỗ trục chính là 30mm.

Chiều dài mặt trụ 82 cần gia công L = 15 mm, được gia công bằng máy tiện có số hiệu T616 với công suất động cơ chính 4,5 KW

Vận tốc cắt V (m/phút) khi tiện mặt đầu được tính theo công thức thực nghiệm:

- T : trị số trung bình của tuổi bền, khi gia công vật liệu thép: T = 6080 phút

- CV : trị số điều chỉnh, Cv = 292

- Kv : là tích của nhiều hệ số, KMV phụ thuộc vào vật liệu gia công cho ở bảng

Knv phụ thuộc vào tình trạng bề mặt được trình bày trong bảng 5-5, trong khi Kuv lại phụ thuộc vào loại vật liệu của dụng cụ, như được chỉ ra trong bảng 5-6 của sách sổ tay CN CTM tập 2.

Với: Kv = KMV Knv Kuv = 1.,0,9.1 = 0,9

Knv = 0,9 vì phụ thuộc vào tình trạng phôi dập

Kuv = 1 vì phụ thuộc vào vật liệu dụng cụ cắt

Vậy số vòng quay trục chính ntt : ntt D

3,14.30 = 1326,96 (vòng/phút) Chọn theo máy ta có nmmax = ntt = 1250 vòng/phút

Do đó ta có : Vt 1000

Lượng chạy dao S = 0,1mm/vòng

80 0,5 0,1 = 228,5 (m/phút) Vậy số vòng quay trục chính ntt : ntt D

Chọn theo máy ta có nm max = ntt = 2000 vòng/phút

Do đó ta có : Vt 1000

Bước CN Máy Dao t(mm) S(mm/vg) n(vg/ph) c Nguyên công III: Khỏa mặt đầu B

Hình 40: Sơ đồ định vị kẹp chặt nguyên công III Chi tiết được định vị trên mâm cặp 3 chấu khử 5 bậc tự do

Mặt phẳng định vị giới hạn 3 bậc tự do, bao gồm chống quay quanh các trục OX, OY và chống tịnh tiến theo trục OZ Trong khi đó, mặt trụ ngoài chỉ hạn chế 2 bậc tự do, cụ thể là chống tịnh tiến theo các trục OX và OY.

Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm với ren vít mặt đầu – acsimet vào mặt trụ ngoài

Chiều cao tâm (Htâm): 160mm Khoảng cách 2 đầu tâm (Ltâm): 750mm Đường kính lớn nhất của chi tiết có thể gá được trên bàn dao Dtrục = 170mm

Cấp tốc độ trục chính: 12 cấp: T616: (44; 63; 91; 120; 173; 248; 350; 503; 723; 958; 1380;1980 v/ph) Đường kính mâm cặp: D 0 Côn moóc trục chính: No4 Đường kính lỗ trục chính: 30mm

190 0,75 = 0,34 (mm/vòng) Vận tốc cắt:

Tra bảng 5.29 (Sổ tay CNCTM tập 2) có :

Chu kỳ bền T tra bảng 5.30 (Sổ tay CNCTM tập 2) có: T = 60 phút

Hệ số kMV thể hiện sự phụ thuộc vào vật liệu gia công, trong khi hệ số kuv phản ánh sự phụ thuộc vào vật liệu của dụng cụ cắt Ngoài ra, hệ số klv cũng đóng vai trò quan trọng, thể hiện sự phụ thuộc vào chiều sâu khoan.

Số vòng quay trục chính: nt D

 80 = 2214,65(vòng/phút) Chọn tốc độ cho máy nm = 2000 (vòng/phút)

Tra bảng 5.32 (stcnctm - 2) có : Cp = 42,7 ; qp = 1 ; yp = 0,8 kp = kMv= 190 ) 1 , 3

975.1000 = 1,47 (kW) Bảng 19: Thông số chế độ cắt nguyên công 3

Bước CN Máy Dao n (vg/ph) S (mm/vg) T(mm)

127 d Nguyên công IV: Xọc rãnh then

Hình 41: Sơ đồ định vị kẹp chặt nguyên công IV Định vị: Chi tiết được định vị trên đồ gá khử 5 bậc tự do

Mặt phẳng chi tiết định vị bởi 2 phiến tỳ hạn chế 3 bậc tự do, bề mặt trụ ỉ82 định vị bởi khối V ngắn hạn chế 2 bậc tự do

Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng trục ren – đai ốc

Thông số chính của máy: V = 11/83 HKT/phút

Lượng tiến dao: 0,1 đến 1,4 (mm/v)

Công suất động cơ: 5,5kW

- Dao xọc then hoa với các thông số sau:

Chiều sâu cắt t = 0,8 mm Lượng chạy dao S= 0,5 mm/vòng

Tốc độ cắt V= 25 HTK/ph

Tốc độ cắt V= 52 HTK/ph

Bước CN Máy Dao t(mm) S(mm/vg) V(HTK/ph) e Nguyên công V: Phay răng

Hình 42: Sơ đồ định vị kẹp chặt nguyên công V Định vị: Chi tiết được định vị trên đồ gá khử 6 bậc tự do

Mặt phẳng A của chi tiết được định vị bởi mặt bậc của trục gá, hạn chế 3 bậc tự do Bề mặt lỗ ỉ10 được định vị bởi chốt trụ ngắn, hạn chế 2 bậc tự do Mặt rónh then của chi tiết được định vị bởi then trên trục gá, hạn chế 1 bậc tự do.

Kẹp chặt: Kẹp chặt bằng ren vít – đai ốc

Chọn máy : Máy phay nằm ngang vạn năng 6H82

Chọn dao : Dao phay răng với mô đun m= 0,55 ỉ82 ±0.05 ỉ81 ±0.05 ỉ80 ±0.05 n d

Số vòng quay của trục dao là:

Như vậy ta chọn tốc độ của trục dao là nm = 800 vg/ph

Tốc độ cắt thực tế là:

Số vòng quay của trục chính là:

Như vậy ta chọn tốc độ của trục chính là nm = 1600vg/ph

Tốc độ cắt thực tế là:

1000 = 251,2 (m/phút) Bảng 21: Thông số chế độ cắt nguyên công 5

Bước CN Máy Dao t(mm) S(mm/vg) n(vg/ph) f Nguyên công VI: Nhiệt luyện bề mặt răng

LẮP GHÉP VÀ VẬN HÀNH MÁY

Tiêu đề	Nghiên Cứu Thiết Kế, Chế Tạo Hệ Thống Quấn Dây Tự Động Cho Rô To Và Stator Động Cơ Điện Cỡ Nhỏ
Tác giả	Đặng Tuấn Thành, Nguyễn Bùi Tiến Long, Trần Thế Anh
Người hướng dẫn	Ts. Nguyễn Xuân Chung
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Khoa Cơ Khí
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	147
Dung lượng	6,05 MB