Tài liệu Tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động trang bị cho các bạn những kiến thức về tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống; tính toán động học cho đài dao. Mời các bạn tham khảo tài liệu để nắm bắt nội dung chi tiết, với các bạn chuyên ngành Cơ khí thì đây là tài liệu hữu ích.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao tự động
- TÍNH TOÁN KẾT CẤU CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG THAY DAO TỰ
ĐỘNG
1.Tính toán, thiết kế đài gá dao của hệ thống:
Các thông số đầu vào để tính toán kết cấu cơ khí của hệ thống thay dao
tự động:
Dạng ATC : hình tang trống
Dạng chuôi dao BT40, bán kính lớn nhất của đầu kẹp Rmax1=31,5 mm
Chiều dài chuôi dao: 35+65,4+16,6= 117mm
Số lượng dao: 16 dao
Bán kính lớn nhất của dao: Rmax2= 40mm
Khối lượng max của dao: 7 kg
Thời gian thay dao của hệ thống: Tmax= 7s, Tmin=3s
1.1) Tính kích thước tang của đài chứa dao:
- Muốn tính toán bộ thay dao tự động với số dao là 16 dao loại BT40
trong ổ chứa dao ta phải tính được bán kính từ tâm dao đến ổ trục chứa
dao đảm bảo các dao hoặc các chuôi dao không chạm vào nhau khi bố trí
trên một vòng tròn.
Để tránh va chạm dao khi ta cho dao vào ổ dao:
R>
R: Bán kính từ tâm dao đến ổ trục chứa dao
C: Độ dài của vòng tròn bố trí dao khi coi các dao là xếp sát nhau
C= 2.Rmax.N= 2.40.16= 1280 (mm)
N- Số dao ổ chứa dao: N= 16 dao
- Rmax- Bán kính lớn nhất trong hai giá trị Rmax1 và Rmax2. Dựa vào
đầu bài ta có Rmax= 40 (mm)
C= 2.40.16= 1280 (mm)
a) Bán kính từ tâm dao đến trục chứa dao
R> (mm)
Để giữa các dao có Rmax vẫn có khoảng cách, chọn R0= 300 (mm).
Khi đó, chu vi vòng tròn chứa dao là:
C0= 2. .R0= 2.3,14.300= 1884 (mm)
b) Xác định khoảng cách giữa các dao gần nhau trong tang:
Khoảng cách giữa hai tâm của dao có thể xác định gần đúng:
Khoảng cách giữa các dao có đường kính lớn nhất kề nhau xác
định gần đúng:
L’= L-2.Rmax = 117.75-2.40= 37.75 (mm)
c) Kiểm tra độ an toàn khi trục chính vào thay dao:
Để đảm bảo an toàng trong quá trình thay dao, ta cần kiểm tra xem
khi trục chính vào thay dao số 1 có bị va chạm với đài dao số 2 và số 16
hay không.
Đường kính lớn nhất của trục chính:
= 120 (mm).
max
Đường kính lớn nhất của độ côn đài dao BT40 là:
= 44,45 (mm).
max
Khoảng cách giữa tâm các đài dao là: L= 117,75 (mm)
- Ta xác định khoảng cách từ tâm đài dao số 1 đến độ côn của các
đài dao số 2 và đài dao số 16 là:
LT= L-= 117,75- = 95,525 (mm).
Để trục chính không va chạm vào các đài dao xung quanh phải
thỏa mãn điều kiện:
LT 95,525 60 95,525
Vậy thỏa mãn điều kiện.
d) Tính , chọn các thông số ngàm kẹp dao:
Tính khe hở giữa các kẹp dao:
Ta có C= N.(2r+2h+L)
N: số dao ổ có thể chứa
r: Bán kính cổ dao. Theo tiêu chuẩn r= 31,5 (mm)
L: Khe hở cần tính
H: Chiều dày kẹp dao. Với loại BT30 có h= 10 (mm)
Vậy ta có: C= 16.(2.31,5+2.10+L)= 1884 (mm)
L= 1884/16 -2.31,5-2.10= 34,75 (mm)
Chuôi gồm kẹp trái , kẹp phải và chốt định vị dao:
Nên có bề dày chuôi kẹp dao K được tính như sau:
K≥2.h+m
h: Chiều dày tay kẹp dao. Có h= 15 (mm)
m: Chiều dày chốt lấy theo tiêu chuẩn dao m=16 (mm)
K≥ 2.15 + 16= 46 (mm) lấy K= 46 mm
Để đảm bảo khi các mỏ kẹp mở ra để thay dao và kẹp dao khi nhận dao thì
giữa các chuôi mỏ kẹp phải có khe hở .Ta lấy khe hở đó là c= 20(mm).
- Gọi C2 là chu vi vòng trong của tang:
C2= N.(K+c)=16.( 46+20)= 1056 (mm)
Bán kính vòng trong của tang: Tính toán để phần chuôi của các kẹp dao
không chạm nhau.
R2> (mm)
Lấy R2=175 (mm)
Chiều dài tay kẹp dao:
Lmax= R0-R2-r=300-175-31,5= 93,5 (mm)
Lấy l=58 (mm)
Thiết kế tay kẹp dao: Từ chiều dài chuôi ngàm kẹp và bán kính cổ dao
ta có thể thiết kế tay kẹp có dạng như sau:
- VỊ TRÍ BAN ĐẦU DAO TIẾN VÀO
TAY KẸP
VỊ TRÍ CUỐI
e) Bán kính tang đài chứa dao:
Bán kính vòng trong của tang đài chứa dao:
R2= 175 (mm)
- Bán kính vòng ngoài của tang đài chứa dao:
R1 R2+LK+L
Trong đó:
L: khoảng cách từ chốt tay kẹp đến vòng tròn ngoài của Tang L= 16
(mm)
LK: chiều dài chuôi tay kẹp LK= 58 (mm).
R1 175+58+16= 249 (mm)
Chọn R1= 250 (mm)
Bán kính bên ngoài của các rãnh răng điều khiển tay quay(cơ cấu mante):
R3= R2-∆h= 175-10= 165
Với ∆h là độ lệch. Chọn ∆h=10 (mm)
f) Tính kích thước chiều cao tang:
Chiều cao tang được tính theo công thức :
H= E+f+∆H
H: Chiều cao tang
E: Chiều dài chuôi dao BT30. Theo tiêu chuẩn E= 125 (mm)
f: Chiều dày thành tang. Lấy f= 30 (mm)
∆H: Chiều cao dự phòng. Lấy ∆H= 45 (mm)
Vậy ta có: H= 125+30+45= 200 (mm)
1.2) Tính toán cơ cấu mante
- a) Nguyên lý hoat động của cơ cấu Mante
Cơ cấu Mante là cơ cấu dùng để biến chuyển động quay lien tục
của đĩa O1 thành chuyển động quay gián đoạn của đĩa O2. Cơ cấu Mante
gồm đĩa O1 có bán kính R1, thanh gạt O1A, đĩa hình sao O2 có nhiều rãnh
hướng tâm đặt đối xứng qua tâm O2. Khi đĩa 1 quay sẽ có lúc chốt A lọt
vào rãnh của đĩa 2 và gạt đĩa này quay quanh trục O 2. Khi chốt A ra khỏi
- rãnh , đĩa 2 sẽ dừng lại vì cung tròn của đĩa 1 tiếp xúc với cung tròn EDC
của đĩa 2.
Số rãnh trên đĩa thường là 8,10,12,16,24… Số chốt có thể lớn hơn
hoặc bằng 1.
b) Tính toán các thành phần của cơ cấu Mante
Góc giữa 2 răng điều khiển trên tang đài chứa dao α:
α = == 22,5°
Chiều dài cung điều khiển S:
S= R3.α= 165.22,5.= 64,8 (mm)
Đường kính của đĩa 1: (để tạo sự nhịp hàng cho cơ cấu Malte)
d> = = 32,4 (mm)
Lấy d= 36 (mm)
Vì chỉ cần có cung tròn trên đĩa 1 tiếp xúc cung tròn trên đĩa 2 nên
khoảng cách O1O2>R3.
Ta có 2ϕ1= 180-2ϕ2 . Với 2.ϕ2 là góc giữa 2 rãnh
→ 2ϕ1= 180-2.=157,5
Vậy ϕ1=78,75°
Ta tính O1H:
Yêu cầu ăn khớp: g(O1AO2) = 90o
O1A= R3.tan(2)= 165.tan(11,25o)= 32,8 (mm)
Lấy O1A= 33 (mm)
O1H= O1A. cos(1)= O1A.cos(78,75°)= 33.cos(78,75o)= 6,4
(mm)
Lấy O1H= 7 (mm)
- Ta tính O2H:
O2A= R3= 165 (mm)
O2H= O2A.cos(2)= 110.cos(11,25°)= 161,8 (mm)
Lấy O2H= 162 (mm)
Vậy ta tính được O1O2:
O1O2= O1H+O2H= 7+162= 169 (mm)
Chiều sâu rãnh điều khiển trên đĩa 2:
C≥ R3-(O1O2-O1A)= 165-(169-25)= 21 (mm)
Lấy chốt có đường kính d= 12 (mm)
Để khi gạt tay quay, chốt không bị kẹt trong rãnh:
Ta chọn: C= 22+8= 30 (mm)
Gọi tc là thời gian chuyển động và td là thời gian dừng của tang đài dao:
tc=2.ϕ1 =.(1-)
td=.(2π-ϕ1) =.(1+)
n1: Số vòng quay của đĩa 1 trong 1 phút
Gọi k= là hệ số thời gian chuyển động của cơ cấu.
→ k==== 0.78
Vì k là một số luôn nguyên dương nên N≥2
Muốn tăng số lần chuyển động của đài tang dao lên ,có thể tăng số chốt
trên cơ cáu dẫn động của trục dẫn động từ động cơ. Vì vậy, căn cứ vào
thời gian thay dao và chuyển động của cơ cấu Mante, ta có thể điều khiển
động cơ dẫn động của đài dao trong quá trình thay dao.
- Ta xác định xem khi đĩa 1 quay đều thì đĩa 2 có quay đều không. Ta xét
tại một vị trí bất kì của cơ cấu khi đó tay quay O1A và rãnh O2A của đĩa tạo
với trục O1O2 các góc lần lượt là ϕ1 và ϕ2.
Đặt O1A=r, O1O2=l
Trong tam giác O1AO2 có quan hệ:
λ = ==
Từ đó suy ra:
tgϕ2=
ϕ2= arctg()
Đạo hàm biểu thức trên:
=
Vận tốc đĩa 2 là :
ω₂== = ω₁. = ω₁.
Gia tốc đĩa 2 là :
ɛ₂== + ω₁
Nếu đĩa 1 quay đều ω₁=const
ɛ₂= ω²₁²= ω²₁.
Vậy khi đĩa 1 quay đều thì đĩa 2 không quay đều.
Thời gian thay dao hệ thống là: 3/7 (s)
Trong đó:
- T= 3 (s) là thời gian thay dao nhanh nhất của hệ thống khi dao cần thay
ở gần vị thay dao nhất.
- T= 7 (s) là thời gian thay dao nhanh nhất của hệ thống khi dao cần thay
ở xa vị trí thay dao nhất.
- - Thời gian thay dao của hệ thống gồm:
T= Txl+Ttrc+Tt+Ttc= 6 (s)
Txl= 1 (s) thời gian hành trình xylanh vào thay dụng cụ.
Ttr= 0.5 (s) thời gian truyền tín hiệu.
Ttrc= 4 (s) thời gian hành trình trục chính vào thay dụng cụ.
Tt== 0,5 (s)= t0+tm thời gian thay đổi 1 vị trí của đĩa tích dao.
Ta đi tính gia tốc góc vf vận tốc góc cho đĩa Mante.
=
to+tm= 0.5
→ tm= (s) ; to= (s)
Số vòng trên phút của cần được xác định:
N= == 120 (vòng/phút)
Vận tốc góc của cần ωc:
ω = == 12,56 (rad/s)
Vận tốc và gia tốc góc ở vị trí bắt đầu và kết thúc của đĩa Mante:
ωd= 0
ɛd= ±ω².tgα= ±12,56².tg11,25°= ±31,38 (rad/s²)
Gia tốc lớn nhất của đĩa Mante xảy ra khi
cosϕ₁=-
→ ϕ₁= 49°
Trong đó:
λ= == 0,221
Vậy ɛmax= ω²₁.= 12,56². = 30,63 (rad/s²)
- 1.3) Tính chọn Ổ cho đài dao:
a) Tính toán sơ bộ Ổ:
1) Chọn loại ổ lăn.
Với kết cấu của hệ thống thay dao ta lựa chọn ổ như sau:
Ổ lăn dạng Ổ bi đỡ 1 dãy: Chịu lực hướng tâm
Ổ lăn dạng Ổ đũa côn: Chịu lực hướng tâm và lực dọc trục
Ở đây lực hướng tâm không lớn lắm so với lực dọc trục nên ta tính toán
cho ổ đũa côn và kích thước ổ bi lựa chọn theo kích thước ổ đũa côn.
Lựa chọn loại ổ lăn:
Do ổ lăn chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục do trọng lượng tang
gây ra còn lực hướng tâm khá nhỏ nên ta có thể bỏ qua. Vì vậy ta chọn ổ
đũa côn đỡ chặn.
2) Cấp chính xác ổ lăn.
- Ta chọn cấp chính xác thông dụng.
3) Kích thước ổ lăn.
Ổ chịu tác dụng của trọng lượng Tang và các dụng cụ được gá đặt
trên Tang.
Do hệ thống thay dao tự động không hoạt động liên tục, mỗi lần
hoạt động Tang chỉ quay từ 1 đến 2 vòng nên ta tính toán sơ bộ khả năng
tải tĩnh cho ổ.
Trong đó:
G: Trọng lượng của tang
Fổ: phản lực tại ổ
Ta chọn loại Ổ thông dụng-Cỡ trung
Khả năng tải tĩnh của ổ được tính theo công thức:
QT≤ C0
Với QT: Tải trọng tĩnh được tính theo công thức:
QT= X0.Fr+Y0.Fa
Fr: lực hướng tâm ≈ 0
- Fa: lực dọc trục Fa= G
Trọng lượng của ụ dao bao gồm:
Tổng trọng lượng dao: Q1= N.qmax
Với N= 16 (tổng số dao đài dao chứa).
qmax= 7 kg (khối lượng lớn nhất của dao )
Vậy Q1= 16.7= 112 (kg)
Trọng lượng các tay kẹp Q2= N.q= 7 (kg)
q: trọng lượng của 1 tay kẹp
Trọng lượng tang đặc Q3= 320 (kg) ( vật liệu làm tang dao là gang )
Do việc tối ưu hóa kết cấu Tang nên ta chọn sơ bộ trọng lượng thực của
Tang Q4= Q3/2= 160 (kg)
Tổng trọng lượng của Ổ dao là:
Q= Q1+Q2+Q4= 80+7+160= 279 (kg)
→ Fa= G= 279.10= 2790 (N)
X0: hệ số tải trọng hướng tâm
Chọn X0= 0,5
Y0: Hệ số tải trọng dọc trục
Chọn Y= 1
Thay vào công thức ta được:
QT= X0.Fr+Y0.Fa= 0,5.0+1.2790= 2790 (N)
Tra bảng P2.11-Tính Toán Thiết kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí-tập 1ta chọn sơ
bộ Ổ đũa côn có kích thước như sau:
- Kí d D D1 d1 B C1 T r r1 α C Cₒ
Hiệ m m m mm mm mm mm mm mm (⁰) kN kN
u m m m
731 70 12 10 96 24 21 26,2 2,5 0,8 13,8 95,9 82,1
4 5 7 5 3
Dựa vào kích thước ổ, ta tối ưu kích thước tang bằng phương pháp phần
tử hữu hạn, kết quả thu được như hình.
b) Kiểm nghiệm lại Ổ
Ta kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh của Ổ theo công thức:
QT≤C0
Với QT: Tải trọng tĩnh tác dụng lên Ổ.
QT= X0.Fr+Y0.Fa
Fr: lực hướng tâm ≈ 0
Fa: lực dọc trục Fa= G
Trọng lượng thực của Tang sau khi tối ưu hóa kết cấu là: Q2=220 (kg)
→ Q= Q1+Q2+Q3=80+7+220= 307 (kg)
- → Fa= G= 307.10= 3070 (N)
X0: Hệ số tải trọng hướng tâm
Y0: Hệ số tải trọng dọc trục
X0= 0,5, Y0= 0,22.cotgα= 0,22.cotg13,83°= 0,89
Thay số ta tính được:
QT=X0.Fr+Y0.Fa=0,5.0+0,89.3070=2732,3 (N)=2,73 (kN)
QT≤C0=26,3 kN
Vậy Ổ đủ điều kiện làm việc.
c) Lựa chọn Ổ bi đỡ 1 dãy
Với các thông số của Ổ đũa côn, ta chọn Ổ bi cỡ trung tương ứng với các
kích thước sau:
Tra theo bảng P2.7-Tính toán Thiết Kế Hệ Dẫn Động Cơ Khí-Tập 1.
Bảng 3. Thông số của ổ bi đỡ
Kí hiệu d D B=T r Đường C Cₒ
mm mm mm mm kính bi kN kN
mm
214 70 125 24 2,5 17,46 48,8 38,1
- 1.4) Tính toán trục đỡ tang
a) Tính chọn bu lông lắp ghép trên trục đỡ tang.
Bu lông chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục do trọng lượng Tang và các
cơ cấu kẹp trên tang gây ra. Tính ứng suất kéo theo công thức:
σk=G/2ZF≤[σ]
Trong đó:
G=3070 N : Trọng lượng Tang và các cơ cấu kẹp trên tang.
[σ]=280 MPa: giới hạn chảy của vật liệu làm bu lông- Thép
F: diện tích mặt cắt ngang của bu lông
2Z: số lượng bu lông lắp ghép trên trục- lắp ghép đối xứng qua tâm
→ σk=3070/(2Zπd²/4)≤280.10⁶
→ d≥2,64.10⁻³/
Chọn Z=2 ta tính được đường kính trung bình của bu lông
d=1,87.10⁻³m=1,87 mm
Chọn theo tiêu chuẩn: M8
Vậy với 4 bu lông M8 bắt đối xứng qua tâm trục đủ điều kiện làm việc.
b) Tính toán đường kính trục đỡ Tang
Đường kính ngoài trục đỡ Tang được lấy theo đường kính trong của ổ lăn:
D=70 mm
Chọn sơ bộ đường kính trong của trục: d=20 mm
Trục đỡ Tang chỉ chịu tác dụng của lực dọc trục do trọng lượng Tang và
các cơ cấu kẹp trên Tang gây ra G=3070 (N)
Ta đi kiểm nghiệm độ bền kéo của trục:
- Vật liệu của trục là thép C45 có:
-giới hạn bền là σb=550 MPa
-giới hạn chảy là σch=280 MPa
Kiểm nghiệm độ bền kéo của trục theo công thức:
σk= G/F≤ [σ]
Với F= (70²-20²)π/4=3534 mm²= 35,34 cm²
σk= 3070.10⁴/35,34=1,12.10⁶ Pa= 1,12 MPa
- Tên kích thước Kích thước
Bán kính từ tâm dao đến tâm trục chứa R= 310 (mm)
Bán kính vòng ngoài của tang đài chứa dao R₁= 287 (mm)
Bán kính vòng trong của Tang đài chứa dao R₂= 120 (mm)
Bán kính vòng ngoài của rãnh răng điều khiển R₃= 110 (mm)
Đường kính trong trục của vòng ổ chứa tang dao d= 70 (mm)
Đường kính ngoài trục của vòng ổ chứa tang dao d= 125 (mm)
Góc giữa 2 răng điều khiển trên tang đài chứa dao α= 22,5 °
Chiều dài đoạn cung răng điều khiển S= 43,2 (mm)
Đường kính của đĩa 1 d= 26 (mm)
Chiều cao của tang đài dao H= 200 (mm)
Chiều dài chuôi ngàm kẹp l= 167 (mm)
Chiều sâu rãnh điều khiển trên đĩa 2 C= 30 (mm)
Khoảng cách giữa 2 đĩa O₁O₂= 113 (mm)
Trọng lượng của ổ dao Q= 307 (kg)
Chiều dài thanh gạt O₁A= 25 (mm)
2) Tính toán động học cho đài dao
2.1) Động học dẫn động quay đài dao
a) Tính toán động học quay đài dao
Phương trình xích động: nđc.iman= nđd
nđc: Số vòng quay của động cơ
nđd: Số vòng quay của đài dao
iman: tỉ số truyền của cơ cấu Mante iman=
Để xác định động cơ dẫn động của đài dao cần xác định momen yêu
cầu dẫn động của đài dao Mm:
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
