Đồ án Hệ Thống Cơ Điện Tử

Chương I : THÔNG SỐ KĨ THUẬT CỦA CỬA TỰ ĐỘNG ĐÓNG MỞ HAI CÁNH
Thông số kĩ thuật của cửa tự động : Chiều rộng hành lang :4m Hai cánh cố định : Chiều rộng mỗi cánh : 1.2 m Chiều cao mỗi cánh : 2.5 m
Bề dày của cánh cửa : 10 mm Hai cánh cửa di động : Chiều dài đống mở của cửa : 1 m Chiều rộng mỗi cánh cửa : 1.2 m Chiều cao mỗi cánh : 2.5 m Bề dày của cửa : 10 mm Ở phần dưới và trên của cử di động được gắn bánh dẫn giúp cho việc chuyển động dễ dàng hơn. Vật liệu làm cửa là bằng gương màu,cứng có chiều dày 10 mm Toàn bộ cửa được bọc khung bằng nhôm Khối lượng của mỗi cánh cửa di động : 100 kg Nguyên lý làm việc : Khi có người muốn vào cơ quan thì nhấn nút chọn vào sau đó nhìn vào màn hình LCD để xem hướng dẫn để nhập mã số nhân viên và mật mã cá nhân.Khi đã xác nhận đựoc mã số nhân viên và mật mã cá nhân thi thông bộ vi điều khiển 8051 điều khiển đóng mở cửa bằng cách đóng ngắt và đảo chiều động cơ thông qua Rơle để dẫn động tang cuốn cáp kéo cửa đóng mở. Khi ra thì chỉ cần nhấn chọn nút ấn là cửa sẽ mở để ra và sau đó một khoảng thời gian ba giây khi đảm bảo người đã vào trong thì cửa tự động đóng lại.Trong trường hợp khẩn cấp ví dụ như cháy nổ thì chỉ cần nhấn một nút báo động thì lập tức các cửa đều mở ra và bật còi báo động. Trên hai cánh cửa di động có gắn cảm biến hồng ngoại để phát hiện người ra vào cửa.Như khi cửa đang đóng mà có người đang đứng thì cửa dừng lại sao đó khi người đã vào hẳn thì cửa tiếp tục đòng lại. Tính toán công suất và chọn động cơ : Khối lượng của mỗi cánh cửa di động : 100 kg Trọng lượng của mỗi cánh cửa : 100 x 10 = 1000 N Phản lực tác dụng lên các ray dẫn : R = 1000 N Hệ số ma sát giữa bánh dẫn và thanh ray : f = 0.2 Hiệu suất của bộ truyền động tang cuốn cáp : η1 Hiệu suất của khớp nối : η2 Hiệu suất các bộ truyền : η = η1 x η2 = 0.98 x0.98 = 0.9604 Công suất làm việc : N = 2 x F x V Trong đó F = R x f = 1000 x 0.2 = 200 N V = 1 m/s Suy ra ta có : n = 2x 200 x 2 = 400 W Công suất trên đầu ra trục động cơ : Nt =
=
= 0.416 KW Chọn loại động cơ có sẵn hộp giảm tốc có công suất trục ra > 0.416 KW Tra bảng TK2CTM ta chọn gần đúng với công suất yêu cầu : Động cơ không đồng bộ : AOC2-21-6 Công suất định mức trên trục ra : 0.8 KW Tốc độ trên trục ra : ndc = 870 (vòng /phút ) Hiệu suất : H = 70 % Momen xoắn trên trục ra : Mx =
=
= 138475 ( N.m) Khối lượng động cơ : 16.5 kg 1.4 Tính tỉ số truyền cho toàn bộ hệ thống : Số vòng quay trên tang: n =
=
= 2 (v/s) n = 2 x 60 = 120 (v/p) Tỉ số truyền của hệ thống: i =
=
= 7.25 Đường kính của trục động cơ: D = C

Trong đó: C: hệ số tính toán phụ thuộc ứng suất xoắn cho phép đối với trục vào ( C = 110- 120 ).Ta chọn C=120 Nên D= c.
= 12 mm Ta chọn D = 15 mm Chương II : Các phương án thiết kế cơ cấu truyền dẫn động 2.1 Bộ truyền xích: 2.1.1 Bộ truyền xích con lăn: - Cấu tạo xích con lăn : Cấu tạo gồm trong 1 xen kẽ với má ngoài 2 có thể xoay tương đói với nhau.Các má trong 2 lắp chặt với ống 3,các má ngoài lắp chặt với ống 4.Ống và chốt có khe hở để có thể xoay tự do đối với nhau tạo thành bản lề.Nhằm mục đích giảm mòn răng đĩa xích phía ngoài ống có lắp con lăn 5 và cũng có thể xoay tự do.Để có thể xoay tự do và nối hai mắt cuối lại với nhau người ta dùng chốt chẻ. Hình vẽ - Cấu tạo đĩa xích:Đĩa xích có cấu tạo giống hình dáng bánh răng.Hình dạng và kích thước Profin răng được qui định theo tiêu chuẩn. Đĩa xich nhỏ được chế tạo theo phương pháp dập,đĩa xích trung bình và lớn được chế tạo riêng Mayơ và vành răng rồi ghép với nhau bằng phương pháp hàn hay bulông. - Ưu điểm: + Khả năng chịu tải trọng lớn hơn so với các bộ truyền khác. + Tỉ số truyền ổn định + Tuổi thị cao + Khoảng cách truyền động xa + Dễ dành sửa chữa và thay thế - Nhược điểm: + Khi tải trọng lớn và tốc độ cao dễ gây ra va đập mạnh tạo tiếng ồn + Nặng nề ,cồng kềnh 2.1.2 Bộ truyền xích ống : - Cấu tạo giống xích con lăn nhưng không có con lăn .Giá thành chế tạo rẽ hơn khối lượng nhỏ hơn . - Ưu điểm : + Giá thành thấp + Khối lượng nhỏ,dùng trong cơ cấu tải trọng thấp - Nhược điểm : + Chóng mòn tải trọng thấp + Làm việc không ổn định + Tuổi thọ không cao 2.1.3 Bộ truyền xích răng : -Ưu điểm : + Có khả năng làm việc với tải trọng lớn + Làm việc êm,ít tiếng ồn - Nhược điểm: + Giá thành cao ,khối lượng nặng nề + Chế tạo phức tạp 2.2 Bộ truyền đai : - Bộ truyền đai đơn giản gồm bánh đai chủ động và bánh đai bị động và dây đai mắc qua hai bánh đai với lực căng ban đầu F0 .Lực ăng này tạo ra ma sát giữa đai và bánh đai.Nhờ có ma sát này chuyển động quay chuyển động tịnh tiến và tải trọng được truyền đi. Các loại đai: Hình dạng và kết cấu của các loại đai:
a/ Đai dẹt : Đai da, đai vải , đai sợi bong , đai len và đai sợi tổng hợp.Đai da có tuổi thọ cao,khả năng tải tốt nhưng rất đắt nên ít dùng. b/ Đai hình thang : Mặt làm việc của đai là hai mặt bên tiếp xúc với rãnh hình thang tương ứng trên bánh đai.Đai hình thang gồm có đai sợi bện và đai sợi xếp, - Ưu điểm : + Làm việc êm + Có khả năng làm việc ở tốc độ cao - Nhược điểm: + Khả năng chịu tải trọng thấp + Tuổi thọ không cao + Khoảng cách truyền động ngắn 2.3 Bộ truyền tang cuốn ma sát và cáp: Cấu tạo của bộ truyền gồm có một tang ma sát chủ động được nối với động cơ, puly bị động và cáp mắc qua tang và puly.Cáp được quấn trên tang để tăng lực ma sát tạo ra khả năng kéo của tang, số vòng cáp cuốn trên tang tùy thuộc vào tải trọng,vật liệu làm cáp,tang và kết cấu của tang. Tang ma sát gồm tang hình trụ và tang co đường kính thay đổi -Ưu điểm : + Khả năng tải khá tốt + Làm việc ở tốc độ cao + Tuổi thọ cao + Giá thành không cao lắm + Khối lượng nhẹ và gọn gang + Chế tạo đơn giản + Dễ lắp ráp , thay thế + Khả năng truyền động lớn đây là một trong nhưng ưu điểm quan trọng + Làm việc êm,ít tiêng ồn + Hệ số ổn định cao - Nhược điểm : + Tạo lực căng ban đầu cho cáp + Khả năng tải còn hạn chế Sau khi phân tích các bộ truyền động khác nhau đối chiếu yêu cầu thiết kế : + Tải trọng không lớn lắm + Làm việc ở tốc độ cao + Đòi hỏi sự êm ả,ít gây tiếng động +Khoảng cách làm việc lớn + Hệ số ổn định cao +Giá thành càng thấp càng tốt +Dễ sửa chữa thay thế +Tuổi thọ cao Ta chọn bộ truyền tang ma sát và cáp làm bộ truyền dẫn động cho cửa để thiết kế. Chương III : Tính toán thiết kế bộ truyền dẫn động Sơ đồ nguyên lý :
1: Động cơ dẫn động cho tang 2: Tang ma sát 3: Ray trượt trên 4: Bánh xe lăn 5: Cáp 6:Puly bị động 7:Cử di động 8: Ray trượt dưới 9: Cảm biến 10 :Cần nối cửa và cáp
3.1 Phân phối tỉ số truyền :  Trục động cơ  I  II  III   Trục i  idc = 1  2.5  2.9  1   n (v/ph)  870  348  120  120   N (KW)  0.416  0.39  0.37  0.36   3.2 Bộ truyền tang ma sát và cáp : 3.2.1 Cáp thép : * Các yêu cầu chung đối với cáp : An toàn trong sử dụng Độ mềm cao,độ uốn cong bảo đảm sự nhỏ gọn trong cơ cấu của máy Bảo đảm độ êm dịu,không gây ồn khi làm việc Trọng lượng nhỏ, giá thành thấp Đảm bảo độ bền lâu,thời gian sử dụng lớn *Các loại cáp : Việc phân loại cáp dựa vào các tiêu chuẩn khác nhau : Cách bện cáp : + cáp bện đơn + cáp bện kép + cáp bện ba -Chiều bện cáp : + cáp bện xuôi + cáp bện ngược -Kiểu tiếp xúc : + cáp tiếp xúc điểm + cáp tiếp xúc đường * Điều kiện chọn cáp : Smax .n
Sd Smax : lục căng lớn nhất trong quá trình làm việc Sd : tải trọng phá hỏng cáp,do nhà sản xuất qui định n : hệ số an toàn khi sử dụng cáp Tra theo điều kiện tải trọng và tiêu chuẩn chọn cáp có đượng kính dc = 8 mm 3.2.2 Tang ma sát :
Đặc điểm của tang ma sát là không cố định đầu cáp lên tang mà cuốn lên tang một số vòng , khi tang quay thi nhánh cáp cuốn vào với lực căng Sc = Smax và nhánh kia nhả ra với lực căng Sn = Smin .Tang truyền chuyển động nhờ ma sát giữa cáp và tang . Tang ma sát gôm tang hình trụ và tang có đường kính thay đổi . Lực căng cáp lớn nhất : Smax = U + Smin Số vòng cáp cuốn trên tang được tính từ điều kiện cáp không bị trượt trên tang theo công thức Ơle :
Smax = Smin .

Trong đó f là hệ số ma sát giữa cáp và tang Suy ra : n =
Lực căng lớn nhất Smax = F = 200 N Lực căng nhỏ nhất được tính toán theo thực tế : Smin = Ky. q . a Với g : gia tốc trọng trường 10 m/s2 q : khối lượng trên một mét cáp 0.3 kg a : khoảng cách giữa tâm tang và puly 4m Ky : hệ số phụ thuộc cách thức bố trí bộ truyền,với bộ truyền nằm ngang Ky = 60 Nên Smin = 0.3x4x60 = 72 N Vậy số vòng cáp cuốn lên tang n =

2 vòng Chiều dài của tang được tính theo công thức : Lt =
+ (n + 4)t Trong đó l: chiều dài vận hành tải trọng t : bước cáp D: đường kính tang đến tâm cáp 4t : số vòng thừ ở hai đầu tang 3.3 Thiết kế hộp giảm tốc : 3.3.1 Thiết kế hộp giảm tốc cấp nhanh : Do bộ truyền chịu tải trọng nhỏ đến trung bình nên ta sử dụng vật liệu làm bánh răng độ dẻo hoặc dùng thép tôi cải thiện, thép thường hóa độ rắn bề mặt HB < 350 . Bánh răng làm việc răng chịu ứng suất thay đổi chiều nên :
Ta chọn thép có :
= 520 (N/mm2),
= 270 (N/mm2) , độ rắn HB = 140 (theps hợp kim 35 thường hóa) Giả sử hộp giảm tốc làm việc trong thời gian 5 năm , mỗi năm làm việc 300 ngày , mỗi ngày làm việc 2 ca mỗi ca 6 tiếng. Do N1 và N2 đều lớn hơn số chu kì cơ sở của đường kính cong mỏi tiếp xúc và đường cong mỏi uốn nên đối với bánh nhỏ và bánh lớn lấy k’’N =k’N =1 Ứng suất cho phép của bánh nhỏ :
(N/mm2 ) Ứng suất cho phép của bánh lớn:
(N/mm2 ) Để định ứng suất uốn cho phép , lấy hệ số an toàn n = 1,5 và hệ số tập trung ứng suất ở chân răng
= 18 ( vì phôi rèn ,thép thường hóa) Giới hạn mỏi của thép 35 là:
(N/mm2 ) Giới hạn mỏi của thép 40:
(N/mm2 ) Ứng suất uốn cho phép của bánh nhỏ:
(N/mm2 ) Ứng suất uốn cho phép của bánh lớn:
(N/mm2 ) Số chu kì tương đương : Ntd Số chu kì của bánh nhỏ : N2= Ntd1 .i Ntd= 140,4.106 KN=
, N0 = 107 Suy ra N2 = Ntd1 . i = 140,4.106.2,5 Chọn hệ số tải trọng sơ bộ : K = 1,4 Hệ số chiều rộng bánh răng :
= 0,5

= 44,2 (mm) Ta chọn A= 45 mm 3.3.2 Xác định chính xác hệ số tải trọng K: Vì tải trọng thay đổi thay đổi , độ rắn của các bánh răng HB < 350HB nên chọn Kn = 1 KN = 1.1,1 = 1,1 (3-14 TLTKCTM) Vì trị số K khác nhiều so với trị số chọn sơ bộ nên cần tính lại khoảng cách trục A = 45

= 43,6 mm , ta chọn A = 44 3.3.3 Xác định môđun ,số răng và chiều rộng bánh răng: Môđun mn = (0,01-0,02).A = (0,44 – 0,88 ) mm Lấy mn = 1 Số răng bánh nhỏ : (2-28 TLTKCTM) Z1=
= 25 Số răng của bánh răng : Z2 =2,5 .25 = 63 Chiều rộng của bánh răng : b =