THIẾT KẾ MÁY CẤP VÍT TỰ ĐỘNG
TRƯỜNG ĐH PHẠM VĂN ĐỒNG
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sinh viên thực hiện:
Lớp: Ngành : Công nghệ Kỹ Thuật Cơ khí
1 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY CẤP VÍT TỰ ĐỘNG
- Các số liệu ban đầu:
-Đường kính mũ vít : D=13mm.
- Đường kính đầu vít : Ds= 9mm
- Chiều dài vít : L = 25mm
- Nội dung các phần thuyết minh và tính toán thiết kế:
- Tìm hiểu tổng quan về máy cấp vít tự động và chi tiết được giao.
2. Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế máy cấp vít tự động.
3.Tính toán thiết kế máy cấp vít tự động.
4.Tính toán thiết kế máng dẫn và định hướng chi tiết.
5. Thiết kế điều khiển máy cấp vít tự động.
- Các bản vẽ và mô hình:
1. Bản vẽ một số phương án cấp vít tự động. 1 Ao
2. Bản vẽ sơ đồ nguyên lý chung máy cấp vít. 1 Ao
3. Bản vẽ sơ đồ động học. 1 Ao
4. Bản vẽ chung các chi tiết. 1 Ao
5. Bản vẽ lắp. 1 Ao
6. Bản vẽ lắp ráp máy cấp vít. 1 Ao
5. Giáo viên hướng dẫn:
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN........................................................................... 1
1.1. Giới thiệu.............................................................................................. 1
1.2. Thành phần chủ yếu của một hệ thống cấp phôi tự động......................... 3
1.3.Hình dáng hình học chi tiết.................................................................... 5
1.3.1 Nhận xét............................................................................................. 5
1.3.2 Khả năng ứng dụng của chi tiết............................................................ 5
1.4. Phân tích quá trình cấp phôi từ phễu rung động....................................... 6
1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án............................................................. 6
1.5.1. Mục tiêu............................................................................................ 6
1.5.2. Nhiệm vụ của đồ án............................................................................ 6
1.5.3. Phạm vi đề tài.................................................................................... 7
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN.......................... 8
2.1. Giới thiệu các phương án: ..................................................................... 8
2.1.1. Phương án 1....................................................................................... 8
2.1.2. Phương án 2....................................................................................... 9
2.1.3. Phương án 3..................................................................................... 11
2.2. Kết luận.............................................................................................. 12
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẤP VÍT............................. 14
3.1. Phương án động học............................................................................ 14
3.1.1. Nguyên lý hoạt động: ....................................................................... 14
3.1.2. Tính toán thiết kế máy cấp vít kiểu rung động:................................... 14
3.2. Tính toán thiết kế phễu rung................................................................. 15
3.2.1. Bước xoắn của máng xoắn (t)............................................................ 15
3.2.2.Đường kính phễu D:.......................................................................... 15
3.2.3. Chiều cao của phễu H:...................................................................... 16
3.2.4. Bề rộng B của cánh xoắn được xác định như sau:.............................. 16
3.2.5. Xác định khối lượng phễu và mô men quán tính phễu......................... 16
3.2.6. Khối lượng của tấm đế...................................................................... 18
3.2.7. Cân bằng năng suất của cơ cấu cấp phôi rung động và của máy.......... 19
3.2.8. Xác định kích thước của đế nặng:...................................................... 19
3.2.9.Xác định biên độ rung của cơ hệ:....................................................... 20
3.2.10. Xác định các thông số hình học của hệ số nhíp đàn hồi:.................... 22
3.2.11. Xác định lực kích rung:................................................................... 24
3.2.12. Xác định kích thước giảm chấn....................................................... 25
3.3. Tính toán nam châm điện cho phễu rung............................................... 28
3.3.1 Chọn số nam châm điện từ của cơ cấu truyền động rung...................... 28
3.3.2. Tính toán nam châm điện.................................................................. 29
3.3.3. Tính lực của nam châm điện.............................................................. 32
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁNG DẪN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÔI............................................................................................................ 37
4.1. Phương pháp định hướng phôi rời........................................................ 37
4.2. Phân loại phôi và một số cơ cấu định hướng phôi.................................. 37
4.3. Tính toán thiết kế máng dẫn ................................................................ 39
4.3.1 Cơ cấu định hướng phôi:.................................................................... 39
4.3.2. Máng dẫn phôi................................................................................. 42
CHƯƠNG 5. ĐIỀU KHIỂN......................................................................... 44
5.1. Giới thiệu............................................................................................ 44
5.2. Điều khiển.......................................................................................... 44
KẾT LUẬN.................................................................................................. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................ 47
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ.............................................................. 48
PHỤ LỤC..................................................................................................... 49
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Máy cấp phôi kiểu rung “ Bowl feeder PEF-90A”........................... 2
Hình 1.2 Vibratory diver “ Bowl feeder PEF-120A”...................................... 2
Hình 1.3 Vibratory- bowl feeder.................................................................... 3
Hình 1.4 Sơ đồ tổng quát của hệ thống cấp phôi tự động................................ 4
Hình 1.5 Chi tiết.......................................................................................... 5
Hình 1.6 Trạng thái của chi tiết..................................................................... 6
Hình 1.7 Trạng thái yêu cầu của chi tiết........................................................ 6
Hình 2.1 Cơ cấu cấp phôi kiểu móc.............................................................. 8
Hình 2.2 Cơ cấu cấp phôi dạng đĩa............................................................... 9
Hình 2.3 Kết cấu của phễu cấp phôi dạng đĩa.............................................. 10
Hình 2.4 Phễu cấp phôi kiểu rung động. ..................................................... 11
Hình 2.5 Kết cấu phễu cấp phôi kiểu rung động........................................... 11
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống....................................................... 14
Hình 3.2 Hình học phễu.............................................................................. 15
Hình 3.3 Máng rung................................................................................... 16
Hình 3.4 Đế phễu....................................................................................... 18
Hình 3.5 Lá nhíp........................................................................................ 24
Hình 3.6 Sơ đồ lực kích rung của phễu........................................................ 25
Hình 3.7 Giảm chấn cao su......................................................................... 27
Hình 3.8 Kết cấu chân đế và giảm chấn....................................................... 27
Hình 3.9 Nam châm điện có phần cảm dạng chữ Ш..................................... 28
Hình 3.10 Sơ đồ tác dụng lực của nam châm điện........................................ 28
Hình 3.11 Quan hệ phụ thuộc giữa các thành phần lực................................. 29
Hình 3.12 Đồ thị cường độ dòng điện của thép 1A.................................... 30
Hình 3.13 Phần ứng nam châm điện............................................................ 35
Hình 3.14 Nam châm điện. ........................................................................ 35
Hình 3.15 Nam châm điện 3D..................................................................... 36
Hình 4.1 Một số dạng chi tiết...................................................................... 38
Hình 4.2 Cơ cấu định hướng phôi............................................................... 39
Hình 4.3 Trạng thái yêu cầu của chi tiết....................................................... 40
Hình 4.4 Cơ cấu định hướng....................................................................... 40
Hình 4.5 Cơ cấu định hướng....................................................................... 40
Hình 4.6 Thanh gạt..................................................................................... 41
Hình 4.7 Máng dẫn.................................................................................... 42
Hình 4.8 Rãnh dẫn phôi.............................................................................. 42
Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động............................................................ 43
Hình 4.10 Mô hình máy cấp vít kiểu rung động.......................................... 43
Hình 5.1 Cơ cấu rung điện từ một nhịp........................................................ 44
Hình 5.2 Thiết bị cấp nguồn nam châm điện. .............................................. 45
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Trọng lượng riêng của một số loại vật liệu...................................... 17
Bảng 3.2 Thông số kích thước nam châm...................................................... 35
Bảng 4.1 Biểu đồ góc nghiêng của thanh gạt................................................. 41
Bảng 5.1 Thông số bộ điều khiển.................................................................. 45
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu
Hiện nay, các quá trình sản xuất các sản phẩm trên máy cắt kim loại, các máy gia công áp lực (như máy cán, uốn dập, đột...), các quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí hay kiển tra, các hệ thống sản xuất trong các ngành công nghiệp, các dây chuyền gia công lắp ráp... đều phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày càng cao. Để đảm bảo được quá trình sản xuất được ổn định thì cần thiết phải có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp và liên tục theo chu trình hoạt động của máy một cách tin cậy.
Vì thế quá trình cung cấp phôi là một trong những yêu cầu cần thiết phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống tự động nhằm mục đích nâng cao năng xuất lao động, sử dụng và khai thác máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Nghiên cứu hệ thống cấp phôi tự động là giải quyết từng giai đoạn một cách triệt để trong tổng thể toàn bộ hệ thống cấp phôi và phải được đặt trong từng điều kiện làm việc cụ thể của từng máy móc, thiết bị và công đoạn sản xuất. Trong quá trình nghiên cứu của hệ thống cấp phôi tự động thì mục tiêu chính cần phải đạt được đó là thiết bị cung cấp phôi tự động, nó phải được hoạt động một cách ổn định và tin cậy, có ý nghĩa là phải cung cấp phôi một cách kịp thời, chính xác về vị trí trong không gian, đủ số lượng năng xuất theo yêu cầu. Trong thực tế hiện nay người ta đã sử dụng khá rộng rãi các cơ cấu cấp phôi bằng cơ khí, hoặc phối hợp cơ khí – điện, cơ khí- nén, và theo đó là sự phát triển mạnh mẽ lĩnh vực điều khiển tự động và robot đã đưa vào các tay máy, người máy làm việc theo chương trình và dễ dàng thay đổi chương trình một cách linh hoạt thích ứng với các kiểu phôi liệu khác nhau khi cần thay đổi các sản phẩm.
Vì nhu cầu thực tế đó, hiện nay trên thế giới đã có nhiều nhà sản xuất cung cấp ra thị trường nhiều loại máy cấp phôi tự động để phục vụ cho nhiều hệ thống sản xuất.
Hình ảnh một số máy cấp phôi tự động
Máy cấp phôi tự động của hãng Sanki,s PIEZO
Hình 1.1 Máy cấp phôi kiểu rung “ Bowl feeder PEF-90A”
Hình 1.2 Vibratory diver “ Bowl feeder PEF-120A”
Hình 1.3 Vibratory- bowl feeder.
1.2. Thành phần chủ yếu của một hệ thống cấp phôi tự động
Để đảm bảo yêu cầu của hệ thống cấp phôi tự động, có nghĩa là phải đảm bảo việc cung cấp đủ về số lượng phôi cho máy công tác để hệ thống hoạt động một cách liên tục có tính đến lượng dự trữ, cấp phôi đúng thời điểm với độ chính xác về vị trí và định hướng trong không gian với độ tin cậy cao. Hệ thống cấp phôi đầy đủ cần phải có các thành phần sau đây:
- Phễu chứa phôi hoặc ổ chứa phôi.
- Máng dẫn phôi.
- Cơ cấu định hướng phôi.
- Cơ cấu phân chia phôi.
- Cơ cấu điều chỉnh tốc độ phôi.
-Cơ cấu bắt- nắm phôi khi gá đặt và tháo chi tiết khi gia công xong.
Hình 1.4Sơ đồ tổng quát của hệ thống cấp phôi tự động.
Mỗi thành phần trong hệ thống có một chức năng và nhiệm vụ nhất định và phải được bố trí đồng bộ với nhau trong một thể thống nhất về mặt không gian và thời gian. Tuy vậy cũng cần thấy rằng không nhất thiết lúc nào cũng có mặt đầy đủ các thành phần của nó mà tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà chỉ cần một số chúng. Việc phân chia hệ thống các thành phần như trên chỉ là tương đối vì người ta có thể kết hợp một số thành phần trong chúng lại với nhau theo đặc điểm về hình dáng, kích thước của phôi để giảm được kích thước khuôn khổ của hệ thống, làm cho việc thiết kế và chế tạo lắp đặt đơn giản hơn.
Mặc dù vậy, để thuận lợi cho quá trình phân tích về mặt nguyên lý hoạt động của các thành phần một cách riêng rẽ để từ đó có thể có được một cái nhìn rõ ràng hơn nhằm phân tích và lựa chọn trong quá trình ứng dụng cụ thể cho từng đối tượng một cách thích hợp.
Hệ thống cấp phôi tự động hoàn chỉnh phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Dự trữ đủ số lượng phôi theo yêu cầu gia công của máy.
- Đảm bảo các phôi có vị trí hoàn toàn xác định trong không gian trước khi đưa vào gia công.
- Vận chuyển phôi vào vị trí gia công theo đúng nhịp do máy yêu cầu.
- Đảm bảo phôi không bị hư hỏng trong quá trình vận chuyển.
Để thỏa mãn các yêu cầu đó hệ thống cấp phôi tự động thường có các cơ cấu chính sau đây:
- Cơ cấu chứa phôi ( phễu chứa phôi ) là thành phần đầu tiên trong hệ thống cấp phôi tự động với, mục đích chứa và dự trữ một lượng phôi cần thiết nhằm đảm bảo cho hệ thống làm việc một cách liên tục và ổn định.
- Cơ cấu vận chuyển phôi là thành phần tiếp theo của hệ thống vận chuyển phôi từ phễu đến máy công tác
- Cơ cấu định hướng phôi giúp định hướng phôi theo một yêu cầu nhất định.
- Cơ cấu đưa phôi là dẫn từng phôi một đã được định hướng chính xác từ cuối máng dẫn đếm cơ cấu bắt giữ phôi hoặc chuyển giao trực tiếp cho máy công tác.
Chính vì thế để có thể đưa ra được phương án hợp lý và đáp ứng được những yêu cầu đã đề ra, ta phải xét phương án sản xuất sản phẩm dựa vào các yếu tố trên.
1.3. Hình dáng hình học chi tiết
Chi tiết có hình dạng như sau:
Hình 1.5 Chi tiết
Với: L = 30 mm
D = 13 mm
Chi tiết làm từ thép có tỷ trọng riêng:
Thể tích phôi:
Vậy chi tiết có khối lượng xấp xỉ:
Năng suất yêu cầu 600 (chi tiết/h).
1.3.1 Nhận xét
Chi tiết có dạng hình trụ bậc, đối xứng, kết cấu khá đơn giản.
Chi tiết có khối lượng khá nhỏ nhưng yêu cầu số lượng vận chuyển là khá lớn.
1.3.2 Khả năng ứng dụng của chi tiết
Chi tiết thường dùng làm phôi để gia công thành bulông.
1.4. Phân tích quá trình cấp phôi từ phễu rung động
Phôi từ phễu rung xoắn được tính toán với cấp lưu lượng theo yêu cầu. Khi cấp phôi bằng cơ cấu phễu rung xoắn chi tiết được cấp tồn tại ở 2 trạng thái cơ bản:
Trạng thái 1 Trạng thái 2
Hình 1.6 Trạng thái của chi tiết.
Bên trên cánh xoắn của cơ cấu máng rung có cơ cấu định hướng lại các trạng thái của phôi. Tính toán để chi tiết có trạng thái như (hình 1.7)
Hình 1.7 Trạng thái yêu cầu của chi tiết.
1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án
1.5.1. Mục tiêu
Từ các phân tích về nhu cầu thực tế ở trên, mục tiêu của đồ án là “ Thiết kế máy cấp vít cấp vít tự động” để đảm bảo khả năng tự động hóa quy trình chế tạo bulong, vít, hay cấp vít cho một dây chuyền lắp ráp tự động
1.5.2. Nhiệm vụ của đồ án
ü Tìm hiểu tổng quan về máy cấp phôi tự động và thành phần chủ yếu của một hệ thống cấp phôi tự động.
ü Lựa chọn phương án máy cấp vít tự động.
ü Thiết kế máy cấp vít tự động.
1.5.3. Phạm vi đề tài
Do thời gian và kinh phí nên đề tài đồ án chỉ tập trung vào việc tìm hiểu, thiết kế, tính toán thông số của máy trên lý thuyết. Không chế tạo được mô hình thực tế để kiểm nghiệm.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN
2.1. Giới thiệu các phương án
Sau khi tham khảo một số các dây chuyền lắp ráp đã có hiện nay ở các công ty trong nước và trên thế giới nhìn chung các dây chuyền này có hai dạng: một dạng sử dụng thuần tuý về cơ khí, dạng khác có xen vào một số cơ cấu sử dụng khí nén. Từ đó đưa ra một số phương án sau.
2.1.1. Phương án 1
Phương án bán tự động
Hình 2.1Cơ cấu cấp phôi kiểu móc.
1- Phôi liệu 2- Phễu chứa 3- Móc quay 4- Ống dẫn
Cụm cấp phôi kiểu móc
- Sơ đồ và nguyên lý hoạt động: phôi liệu (1) từ cụm cấp (2) rơi vào buồng thứ hai của cụm. Trong quá trình quay các móc (3) sẽ móc chi tiết nâng lên và sẽ rơi theo máng dẫn (4) ra ngoài.
- Đặc diểm: Dùng cấp phôi các dạng cốc đường kính d, chiều dài l
- Nhận xét: Khó đảm bảo vận tốc đồng bộ giữa móc và phôi ra khỏi cụm.
Ưu điểm
Dễ chế tạo, dễ vận hành.
Nhược điểm
Năng xuất thấp
Dễ mắc kẹt phôi khi vận hành.
Chi tiết có L< D cơ cấu móc khó thực hiện.
2.1.2. Phương án 2
a) Cơ cấu cấp phôi kiểu đĩa
Là loại thiết bị cấp phôi tự động được sử dụng rộng rãi.
Hình 2.2 Cơ cấu cấp phôi dạng đĩa.
1- Trục vít. 2-Bánh vít. 3- Đĩa nghiêng.
4- Ống dẫn phôi. 5- Máng chứa phôi.6- Chi tiết.
b) Nguyên lý làm việc của cụm
Phôi được chứa hỗn độn trong cụm (5) và rơi vào đúng túi (4) của đĩa (3). đĩa này được quay tròn xung quanh trục (2) nghiêng một góc α so với mặt phẳng nằm ngang. Đến một vị trí nhất định phôi sẽ rơi từ túi ra máng dẫn.
Trong cụm cấp phôi kiểu đĩa vai trò của cơ cấu chiếm giữ là các rãnh (hoặc túi) (3).Các rãnh này có thể bố trí vuông góc hoặc theo các tuyến hoặc theo bán kính đĩa.
c) Đặc điểm
Cụm cấp phôi kiểu đĩa có năng suất cao, làm việc ổn định và có kết cấu đơn giản, cụm dùng để cấp phôi có hình dạng trụ.
Trơn, trụ có mũ, vòng và đĩa.
d) Kết luận
Do kích thước của tảm nhỏ nên quá trình cấp tảm khác so với cấp cán ,cấp ruột. Nên ta chọn kiểu cấp phôi rung động vừa phù hợp với kích thước vừa đảm bảo nâng suất của dây chuyền.
Hình 2.3 Kết cấu của phễu cấp phôi dạng đĩa.
2.1.3. Phương án 3
Hình 2.4 Phễu cấp phôi kiểu rung động.
Hình 2.5 Kết cấu phễu cấp phôi kiểu rung động.
1- Giảm chấn 2-Đế 3- Nhíp lò xo
4- Bulong điều chỉnh khe hở 5- Nam châm điện 6- Cánh xoắn
7- Máng phễu 8- Chi tiết
a) Cấu tạo của phễu rung động
Là một loại thiết bị cấp phôi tự động được sử dụng rộng rãi để cấp phôi cho máy cắt kim loại, các máy kiểm tra phân loại hoặc của nhiều ngành kinh tế quốc dân.
Phễu hình trụ (5) gắn trên 4 lò xo lá (3), 3 lò xo này đặt nghiêng 1 góc 30o so với phương thẳng đứng. Trong cốc phễu có cánh xoắn ốc từ dưới lên. Góc nghiêng của cánh xoắn khoảng 2÷3o. Đáy cốc phễu là hình côn để chi tiết dễ dàng chuyển động ra thành cốc phễu, dưới đáy phễu có gắn nam châm điện (5). Cuộn dây nam châm được gắn cố định lên đế và có thể điều chỉnh khoảng cách khe hở so với lõi bằng bulông (4). Toàn bộ nam châm điện được gắn trên đế (2), và để giảm chấn động trên đé có gắn các miếng giảm chấn bằng cao su hoặc dùng lò xo giảm chấn.
b) Nguyên lý hoạt động: cho phễu rung rung động xoắn (lắc xung quanh trục thẳng đứng và chuyển động lên xuống cùng một tần số), phôi đang nằm hỗn độn trong cụm trữ phôi sẽ tản ra xung quanh thành của máng rung xoắn bằng nhôm rồi theo các đầu mối của máng xoắn (6) mà chuyển động lên dần. Cơ cấu định hướng phôi đặt ở lưng chừng máng sẽ gạt rơi trở lại đáy cụm phễu những phôi định hướng chưa đúng. Những phôi đã đuợc định huớng được dẫn ra máng dẫn để vào máy tự động.
c) Đặc điểm
+ Cụm không có cơ cấu cặp phôi.
+ Phạm vi ứng dụng lớn, linh hoạt trong sản xuất.
+ Dễ điều chỉnh.
+ Dùng chủ yếu cấp phôi rời có kích thước nhỏ.
2.2. Kết luận
Qua quá trình phân tích các phương án và yêu cầu của hệ thống cấp vít:
+ Hệ thống phải truyền động, điều khiển đơn giản.
+ Dễ chế tạo, lắp ráp, vận hành, bảo trì sửa chữa đơn giản.
+ Giá thành thấp, làm việc có độ tin cậy cao.
