III. Các bước chọn thanh dẫn hướng
Trở lại bài toán thiết kế cơ cấu gắp và thả vật, thanh dẫn hướng cần chọn nằm ở trục X và trục Y (Hình 1). Trong đó, trục Y được đặt nằm trên trục X nên chúng ta sẽ bắt đầu từ trục Y.
1. Mô hình hóa cấu tạo
Ở sơ đồ phác họa cơ cấu gắp và thả vật trong bài viết số 1 (hình 5), để thuận tiện cho việc tính toán chúng ta sẽ mô hình hóa và đơn giản số liệu (hình 6).
Hình 5. Sơ đồ phác họa cơ cấu gắp và thả vật (bài viết số 1)
Hình 6. Mô hình hóa cấu tạo cơ cấu gắp và thả vật
2. Trọng lượng dồn lên thanh Y1 và Y2 với lưu ý là có 4 khối đỡ
3. Trọng lượng tập trung vào phần đầu Y1, Y2
Hình 7. Trọng lượng tập trung vào phần đầu Y1, Y2
Coi Y2 là điểm tựa, cánh tay đòn phản lực F1 tác dụng lên Y1:
Coi Y1 là điểm tựa, cánh tay đòn phản lực F2 tác dụng lên Y2:
4. Tải trọng hướng tâm tác dụng lên mỗi thanh dẫn hướng:
5. Tiếp đến xét trên phương diện mặt bằng, mô men tác dụng lên thanh lúc tăng/giảm tốc
Hình 8. Mô men xoắn lúc tăng/giảm tốc
Lấy gia tốc lớn nhất là α1＝1250mm/s2 (Tức vận tốc tăng từ 0 → 250mm/s trong 0.2s), lúc đó mô men xoắn MB1 , MB2 tác dụng lên Y1, Y2 được tính:
6. Lựa chọn linh kiện
Sau khi tính toán các bước từ 1 ̴ 5, thanh dẫn hướng cỡ nhỏ (phân loại theo tải trọng cỡ nhỏ, vừa và lớn) cũng đủ thỏa mãn các điều kiện, tuy nhiên xét theo độ cứng vật liệu và giá cả (giá của cỡ nhỏ và cỡ trung không khác nhau là mấy) chúng ta sẽ chọn thanh dẫn hướng cỡ trung. Chú ý rằng nếu là sản xuất hàng loạt thì chúng ta có thể chọn cỡ nhỏ vì chỉ cần rẻ hơn một ít nhưng với số lượng lớn cũng giảm tổng giá thành một lượng đáng kể.
Và ở bài toán này, thanh dẫn hướng cỡ trung được chọn là SVR-MX24 của hãng MISUMI Nhật Bản.
Hình 8. Thanh dẫn hướng SVR-MX24 (nguồn: https://jp.meviy.misumi-ec.com/)
7. Tương tự các bước từ 1 ̴ 6, chúng ta sẽ tiến hành chọn cho trục X
Đầu tiên chúng ta cần xem xét xem trục Y (tay kẹp) ở vị trí nào thì gây nên tải trọng lớn nhất đối với trục X. Đối với cơ cấu này thì vị trí đó là lúc trục Y thu lại gần phía động cơ (xem hình1)
Mặt cắt trục X được cho bởi hình dưới:
Hình 9. Mặt cắt trục X
Ở trường hợp này, cơ cấu có vẻ như nghiêng về phía bên mô tơ và bị kéo dài ra, tuy nhiên ở chế độ làm việc, tay kẹp kéo dài ra khiến cơ cấu trở nên cân bằng hơn do vậy chúng ta sẽ bỏ qua tính toán mô men do trọng lực gây ra lên cơ cấu. Vì vậy bài toán lựa chọn thanh dẫn hướng trục X được đơn giản hóa chỉ còn tính toán tải trọng hướng tâm.
Tổng khối lượng tác dụng lên thanh dẫn hướng được tính bởi bảng dưới:
No. | Tên bộ phận | Khối lượng(kg) | Số lượng | Tổng (kg) |
1 | Mô tơ trục Y(200W) | 0.8 | 1 | 0.8 |
2 | Thanh dẫn hướng (L=580) | 0.85 | 2 | 1.7 |
3 | Bệ trục Y (A5052) | 2.5 | 1 | 2.5 |
4 | Khối điều chỉnh chiều cao thanh dẫn hướng | 0.5 | 2 | 1.0 |
5 | Dầm trục Y | 2.1 | 1 | 2.1 |
6 | Tay kẹp | 1.0 | 1 | 1.0 |
Tổng toàn bộ khối lượng (kg) | 9.1 | |||
Bảng 2. Tổng khối lượng tác dụng lên thanh dẫn hướng trục X
Mặt khác, ngoài những bộ phận được liệt kê ở bảng trên còn có thêm những linh kiện điện, dây điện, ống khí, van khí nén…mà ta chưa kể đến, để đơn giản ta coi tổng khối lượng này là 2kg. Do đó trong 4 thanh dẫn hướng của trục X, mỗi thanh sẽ chịu tải trọng là:
Tải trọng được tính ở trên là tải trọng tĩnh (C0 Static), Đối chiếu với bảng ở dưới chúng ta có thể tham khảo thêm các cột khác ngoài cột tải trọng định mức (Basic Load Rating), nếu cân nhắc đến sự cân bằng của trục Y, chúng ta sẽ chọn thanh dẫn hướng cho trục X là SVR-MX28 (Trên 1 bậc so với thanh dẫn hướng được chọn cho trục Y) của hãng MISUMI Nhật Bản
Bảng 3. Thông số kĩ thuật thanh dẫn hướng (Nguồn: misumi-ec.com)
IV. Tính toán tuổi thọ của thanh dẫn hướng
Sau khi đã chọn được mã sản phẩm, tiếp đến chúng ta sẽ tính đến tuổi thọ. Công thức tính tuổi thọ được cho như sau:
L ： Tuổi thọ định mức （km） tính theo tổng hành trình di chuyển
C ： Tải trọng động định mức （kN）
fT： Hệ số nhiệt độ
P ： Tải trọng tác dụng （kN）
fw： Hệ số tải trọng
Hình 10. Hệ số nhiệt độ (nguồn: misumi-ec.com)
Điều kiện vận hành | fw |
Vận tốc chậm (dưới 15m/min), không có rung chấn ngoại lực | 1.0～1.5 |
Vận tốc trung bình (dưới 60m/min), không có rung chấn đáng kể | 1.5～2.0 |
Vận tốc cao (trên 60m/min), có rung chấn ngoại lực | 2.0～3.5 |
Bảng 4. Hệ số tải trọng
Lấy 1 ví dụ làm đại diện, chúng ta sẽ đi tính tuổi thọ của thanh Y1 (trục Y):
Tải trọng động định mức C=5.0kN
Nhiệt độ sử dụng là nhiệt độ thường nên fT=1.0
Vận tốc vận hành là 250mm/s (=15m/min), không có rung chấn ngoại lực nên hệ số tải trọng được chọn fw=1.2
Cho vào công thức ta có:
Chú ý: tuổi thọ định mức ở đây được tính theo đơn vị tổng quãng đường chạy được. Lúc chạy thực tế biết được chu kỳ máy và khoảng cách dịch chuyển thực tế của trục trong 1 chu kỳ chúng ta có thể quy đổi tuổi thọ sang đơn vị thời gian.
Trong những năm gần đây, hầu như chu kỳ tuổi thọ máy (tính từ lúc đưa máy móc vào ứng dụng sản xuất đến lúc vứt bỏ) được quyết định trước lúc tiến hành nghiên cứu thiết kế máy. Vì vậy những linh kiện mau hao mòn trong đó có thanh dẫn hướng, liên quan đến khấu hao thiết bị nên cũng cần chú ý trong lúc thiết kế, lựa chọn.
Bài viết tiếp theo giới thiệu đến cách lựa chọn Vít me, một bộ phận cũng không kém phần quan trọng trong cơ cấu gắp thả vật. Các bạn hãy cùng chờ đón nhé.
No comments:
Post a Comment