Tải bản đầy đủ

Thiết kế và chế tạo máy khắc laser

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

LỜI CAM ĐOAN
- Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo máy cắt khắc laser.
- GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh
- Ho ̣ tên sinh viên: Huỳnh Trọng Nghĩa
- MSSV: 1311040183

Lớp: 13DCK03

- Email: nghiahuynh1812@gmail.com
- Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 28/12/2017
- Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là
công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép
từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn
gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách
nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2017
Ký tên

Huỳnh Trọng Nghĩa

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

LỜI NÓI ĐẦU
Trong suố t thời gian từ khi bắ t đầ u làm đồ án tốt nghiệp đế n khi kế t thúc đồ
án, em đã cảm nhận đươ ̣c rấ t nhiề u sự quan tâm, giúp đỡ từ gia đình, quý thầ y
cô và ba ̣n bè. Đó là đô ̣ng lực để chúng em vươ ̣t qua khó khăn để hoàn thành
thâ ̣t tốt nhiê ̣m vụ đươ ̣c giao trong quá trình làm đồ án.
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Nhanh đã
hết lòng hướng dẫn tận tình và truyề n đa ̣t cho em những kiế n thức và những
kinh nghiê ̣m quý báu cũng như giúp em hoàn thành thâ ̣t tốt kỳ đồ án tốt nghiệp
này.
Xin chân thành cảm ơn trường cũng như viện kỹ thuật HUTECH đã tạo
điều kiện cho em có cơ hội làm luận văn tốt nghiệp kì này.
Em xin gửi lời cảm ơn thầy Nguyễn Văn Nhanh đã giành thời gian quý báu
để nhận xét và đánh giá đồ án của em. Đó là những lời nhâ ̣n xét có ý nghiã rấ t
lớn đối với em sau này.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY CẮT KHẮC LASER

Máy cắt khắc laser hoạt động dựa theo nguyên lý hai trục, có tốc độ di
chuyển nhanh, chính xác,cơ cấu đơn giản, cứng, vững. Cơ cấu hai trục của


máy, làm di chuyển đầu laser trong không gian hai chiều. Trong đó, mỗi trục
được điều khiển di chuyển tịnh tiến theo bộ truyền và động cơ. Động cơ được
sử dụng là động cơ bước nên vị trí của máy có độ chính xác cao. Trong đó,
động cơ bước được gắn trên trục x, để truyền động cơ cấu thông qua cơ cấu
truyền đai răng và puly. Động cơ truyền động của trục, sẽ truyền động quay
cho thanh truyền động bằng một khớp nối nối trục. Puly sẽ được gắn cố định
trên thanh truyền, để khi động cơ truyền động quay puly sẽ quay theo một góc
bằng góc quay của động cơ. Để chắc chắn và cơ cấu hoạt động tốt hơn, thì ở
mỗi đầu thanh truyền có một cơ cấu puly đai răng hoạt động cùng lúc nhau,
giúp tránh bị lệch trục cơ cấu trục y. Cơ cấu chuyển động trên trục y, tương tự
như trục x, cơ cấu truyền động của trục y cũng là cơ cấu puly đai răng. Nhưng
sự khác biệt là puly được gắn trực tiếp lên trục động cơ, thay vì gắn trung gian
qua thanh truyền như trục x. Đầu laser được gắn chặt trên con trượt của trục
y. Bản vẽ thiết kế được xử lý bằng phần mềm Inkscape, ta được một file
Gcode, từ file Gcode này thông qua phần mềm điều khiển mà hai trục x,y
chuyển động đưa đầu laser cắt/khắc theo biên dạng của bản vẽ thiết kế.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ................................................................................................3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ..................................................................................10
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................10
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .....................................................10
1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài ..........................................................................10
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...............................................................10
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................10
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................11
1.5 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................11
1.5.1 Cách thức nghiên cứu ...........................................................................11
1.5.2 Phương tiện nghiên cứu ........................................................................11
1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp .......................................................................11
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ........................................13
2.1 Sơ lược về sự phát triển tia laser .................................................................13
2.1.1 Laser.....................................................................................................13
2.1.2 Tính chất của laser ................................................................................13
2.1.3 Ứng dụng của laser ...............................................................................14
2.2 Tình hình nghiên cứu ..................................................................................15
2.2.1 Ngoài nước ...........................................................................................15
2.2.2 Trong nước ...........................................................................................16
2.3 Hướng nghiên cứu ......................................................................................17
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .....................................................................18
3.1 Phần cơ khí .................................................................................................18
3.1.1 Động cơ bước .......................................................................................18
3.1.2 Bộ truyền đai ........................................................................................22
3.2 Phần điện ....................................................................................................26
Mạch driver laser: .........................................................................................29
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP ....................................31
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

4.1 Những yêu cầu cơ bản của đề tài.................................................................31
4.2 Cơ sở chọn phương án thiết kế ....................................................................31
4.3 Phần cơ khí .................................................................................................31
4.4 Phần điện ....................................................................................................35
4.5 Lựa chọn giải pháp .....................................................................................36
Phần cơ khí ...................................................................................................36
Phần điện ......................................................................................................38
4.6 Trình tự công việc tiến hành .......................................................................39
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY CẮT KHẮC LASER ...................40
5.1 Tính toán tốc độ quay của động cơ..............................................................40
5.2 Tính toán thiết kế bộ truyền đai răng...........................................................41
5.3 Thiết kế cơ khí ............................................................................................43
Mô hình tổng thể ...........................................................................................43
Cơ cấu truyền động trục y .............................................................................45
Cơ cấu gá bộ laser .........................................................................................45
Gá động cơ trục x ..........................................................................................46
Gá động cơ trục y ..........................................................................................46
Hướng chuyển động tịnh tiến các trục ...........................................................46
Chương 6: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ..........................................................47
6.1 Hệ thống điều khiển của máy ......................................................................47
6.2 Các bộ phận và cấu trúc cơ khí ...................................................................48
6.3 Các bộ phận và cấu trúc hệ thống mạch điện điều khiển .............................48
6.4 Lập trình điều khiển ....................................................................................49
6.5 Qúa trình thực nghiệm ................................................................................52
6.6 Sản phẩm thực tế ........................................................................................52
Chương 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...........................................54
7.1 Kết luận ......................................................................................................54
7.2 Phần làm được ............................................................................................54
7.3 Phần chưa làm được và những hạn chế .......................................................55
7.4 Kiến nghị và hướng phát triển .....................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................56
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Minh họa tia laser ............................................................................................. 13
Hình 2: Ứng dụng laser trong cơ khí ............................................................................. 14
Hình 3: Ứng dụng laser trong y học .............................................................................. 14
Hình 4: Ứng dụng laser trong giải trí............................................................................. 15
Hình 5: Phân bố các ứng dụng chính của laser .............................................................. 15
Hình 6: Máy khắc laser công nghiệp ............................................................................. 16
Hình 7: Máy cắt khắc laser mini .................................................................................... 16
Hình 8: Động cơ bước trong thực tế .............................................................................. 19
Hình 9: Động cơ biến từ trở .......................................................................................... 19
Hình 10: Động cơ đơn cực ............................................................................................ 20
Hình 11: Động cơ hai cực ............................................................................................. 20
Hình 12: Động cơ nhiều pha ......................................................................................... 20
Hình 13: Các bộ phận cấu thành nên động cơ bước ...................................................... 21
Hình 14: Mạch điều khiển ............................................................................................. 26
Hình 15: Driver A4988 ................................................................................................. 28
Hình 16: Mạch nguyên lý driver laser ........................................................................... 29
Hình 17: Adapter .......................................................................................................... 30
Hình 18: Chân đế cao su ............................................................................................... 37
Hình 19: Tấm nhôm ...................................................................................................... 38
Hình 20: Mô hình máy cắt khắc laser ............................................................................ 43
Hình 21: Truyền động theo trục x ................................................................................. 44
Hình 22: Truyền động theo trục y ................................................................................. 45
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 23: Cơ cấu gá bộ laser .......................................................................................... 45
Hình 24: Hướng chuyển động của các trục .................................................................... 46
Hình 25: Các bộ phận cơ khí chính của máy ................................................................. 48
Hình 26: Giao diện phần mềm điều khiển bằng Tiếng Việt ........................................... 51
Hình 27: Giao diện chỉnh sửa thông số máy .................................................................. 51
Hình 28: Hình ảnh thực tế của máy ............................................................................... 52
Hình 29: Hình ảnh khi máy đang hoạt động .................................................................. 53

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU
Bảng 1: Ưu điểm và nhược điểm của các loại động cơ ............................ 31
Bảng 2: Ưu điểm và nhược điểm của các bộ truyền................................. 32
Bảng 3: Ưu điểm và nhược điểm của đồ gá ............................................ 34
Bảng 4: Ưu điểm và nhược điểm của các loại vật liệu ............................ 34
Bảng 5: Ưu điểm và nhược điểm của cơ cấu di chuyển .......................... 35
Bảng 6: Ưu điểm và nhược điểm của PIC, ARM, ARDUINO ............... 35
Bảng 7: Thông số động cơ bước KH56KM2- 912[5] ............................. 40
Bảng 8: Step của một số động cơ bước thông dụng[12].......................... 41
Bảng 9: Các thông số bộ truyền đai răng gờ hình thang[6] ..................... 42
Sơ đồ 1: Hệ thống điều khiển của máy .................................................. 47
Sơ đồ 2: Lưu đồ điều khiển hệ thống ...................................................... 49
Sơ đồ 3: Lưu đồ giải thuật nội suy ......................................................... 50

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CNC

Computerized Numerical Control

COM

Communication

SCARA

Selective Compliance Assembly Robot Arm

LASER
Radiation

Light Amplification by Stimulated Emission of

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng phát triển, nước ta
đang cố gắng hướng tới năm 2020 cơ bản trở thành nước công nghiệp
hóa. Việc ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất ngày càng trở nên phổ
biến và đóng một vai trò rất quan trọng. Các máy móc thiết bị làm việc
nhanh, hiệu quả và chính xác để thay thế con người nhằm tăng năng suất
và hiệu quả công việc.
Nhận thấy tầm quan trọng này, nhóm đã tiến hành nghiên cứu chế tạo,
tính toán và thiết kế máy cắt khắc laser, nhằm đáp ứng nhu cầu cho người
sử dụng.
1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Về mặt khoa học, máy cắt khắc laser đã giải quyết được vấn đề vẽ tranh,
cắt các biên dạng phức tạp trên các vật liệu khác nhau, có kích cỡ bất kỳ.
Máy cắt khắc laser cần thiết cho nhu cầu cắt khắc các loại, việc đáp ứng
nhanh, chính xác thực hiện trong thời gian ngắn.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Đề tài nghiên cứu: ‟Thiết kế và chế tạo máy cắt khắc laser” được thực
hiện theo các mục tiêu sau:
 Thiết kế và chế tạo cơ khí cho máy, theo cơ cấu 2 trục.
 Xây dựng chương trình điều khiển máy cắt khắc theo bản vẽ thiết
kế.
 Máy có thể thao tác trên nhiều vật liệu khác nhau như: mica,
gỗ,vải,…
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
 Các cơ cấu liên quan đến máy cắt khắc laser.
 Các loại máy cắt khắc laser đã có trên thị trường.
 Cách thức hoạt động của máy.
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

 Điều khiển động cơ bước.
 Giao tiếp và điều khiển bằng máy tính.
 Nội suy đường thẳng, đường cong theo 2 trục.

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
 Thời gian nghiên cứu của đề tài khoảng bốn tháng(tháng 812/2015).
 Nghiên cứu tìm hiểu các máy móc thiết bị ở phòng thí nghiệm nhà
trường có liên quan đến đề tài.
 Những sách chuyên ngành trong thư viện trường.
 Các trang tài liệu về một số máy móc thiết bị của công ty có liên
quan.
 Nghiên cứu trên các lĩnh vực các máy tự động phục vụ trong nhà
trường, trong phòng thí nghiệm
1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cách thức nghiên cứu
 Khảo sát thực tế, thông qua việc tham quan ở một số cơ sở cắt khắc
mica, làm bảng hiệu như cơ sở Toàn Năng.
 Tìm hiểu một số đề tài nghiên cứu khoa học, có liên quan đến đề
tài của nhóm.
 Tham khảo các tài liệu trên các trang web và một số sách liên quan.
1.5.2 Phương tiện nghiên cứu
 Sử dụng phần mềm Solidworks 2013 thiết kế cơ khí cho đề tài.
 Dùng phần mềm tự thiết kế để lập trình cho mạch điều khiển chính.
 Dùng driver A4988 để điều khiển động cơ bước.
 Sử dụng đầu laser và động cơ bước chung một bảng mạch.
1.6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đồ án gồm bảy chương với các nội dung sau:
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Chương 1 : Giới thiệu. Giới thiệu lý do chọn đề tài, ý nghĩa khoa
học và thực tiễn của đề tài, mục tiêu nghiên cứu của đề tài,…
Chương 2 : Tổng quan nghiên cứu đề tài. Trình bày tổng quan,
sơ lược về lĩnh vực nghiên cứu, các thành tựu nghiên cứu trong và
ngoài nước.
Chương 3 : Cơ sở lý thuyết. Trình bày các cơ sở lý thuyết cần
thiết để thực hiện đề tài.
Chương 4 : Phương hướng và các giải pháp. Trình bày các mô
hình phần cứng thiết bị, các mạch điện điều khiển sau đó chọn các
giải pháp thích hợp. Lập trình tự công việc.
Chương 5 : Tính toán và thiết kế máy cắt khắc laser: Tính toán
các thông số của máy như : thông số động cơ, thông số bộ truyền
đai răng, thiết kế phần cứng, lắp ráp và mô phỏng chuyển động.
Chương 6 : Chế tạo và thử nghiệm : Chế tạo mô hình thực tế,
vận hành kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm.
Chương 7 : Kết luận và hướng phát triển. Trình bày các kết quả
đã và chưa đạt được, đề nghị và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
2.1 Sơ lược về sự phát triển tia laser
2.1.1 Laser
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích
thích". Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử.
Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của
electron xung quanh hạt nhân. Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao
hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên
ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức
năng lượng cao hay ngược lại.

Hình 1: Minh họa tia laser

2.1.2 Tính chất của laser
Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó
khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát
xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung
năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.
2.1.3 Ứng dụng của laser
Dựa vào các tính chất trên nên laser rất có nhiều ứng dụng được áp dụng
trong nhiều ngành khác nhau như: laser trong ngành cơ khí, y học, giải trí,….

Hình 2: Ứng dụng laser trong cơ khí

Hình 3: Ứng dụng laser trong y học
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 4: Ứng dụng laser trong giải trí

Hình 5: Phân bố các ứng dụng chính của laser

2.2 Tình hình nghiên cứu
2.2.1 Ngoài nước
Hiện nay, các chuyên gia nước ngoài đã nghiên cứu và phát triển thành
công máy cắt khắc laser dựa trên sự hoạt động ổn định của khung máy cnc
và đang phát triển theo hướng tự động hóa.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 6: Máy khắc laser công nghiệp

Hình 7: Máy cắt khắc laser mini

2.2.2 Trong nước
Hiện tại trong nước ta công việc chế tạo và thiết kế máy móc thiết bị
vẫn còn đang rất hạn chế. Lý do chính là do điều kiện chi phí cũng như thiết
bị phục vụ cho việc nghiên cứu còn khá cũ kỹ, lạc hậu. Cũng có những công
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

trình nghiên cứu, chế tạo máy khắc laser nhưng vẫn chưa hoàn chình và chưa
vào hoạt động rộng rãi. Việc sản xuất vẫn phải nhập khẩu nguyên chiếc từ
nước ngoài về, với giá thành và chi phí vận chuyển cao.
2.3 Hướng nghiên cứu
Để giải quyết vấn đề cắt khắc các hình dạng phức tạp trên các vật liệu
như mica, vải, gỗ,… ngoài ra phải đảm bảo đạt năng suất cũng như độ chính
xác cao của sản phẩm. Qua nghiên cứu, nhóm nhận thấy để đáp ứng yêu cầu
đáp ứng nhanh, chính xác, độ cứng vững thì cấu hình tương tự máy CNC 2
trục được đưa ra và chọn lựa. Theo một số tài liệu tham khảo và hiểu biết về
thực tế, thì nhóm nhận thấy trong các loại cơ cấu dạng 2 trục, thì việc sử
dụng cơ cấu truyền đai là phổ biến nhất, khả năng tạo chuyển động tốt, hạn
chế được hư hỏng cơ cấu, khi quá tải hay sai sót, bên cạnh đó chi phí hoàn
thành cũng rẻ hơn khá nhiều so với các cơ cấu khác. Ngoài ra máy hoạt động
theo cấu hình 2 trục sử dụng bộ truyền đai có thể dễ dàng chỉnh sửa, thay thế
hay lắp ráp, đặc biệt giúp cơ cấu máy gọn nhẹ hơn. Từ đó, việc di chuyển
của máy cũng trở nên linh hoạt hơn.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Phần cơ khí
3.1.1 Động cơ bước
A. Vai trò của động cơ bước
Động cơ bước có vai trò cực kỳ quan trọng trong điều khiển chuyển động
kỹ thuật số, tự động hóa, được sử dụng hầu hết trong tất cả các máy tự động,…
Ta có điều khiển động cơ bước quay một góc bất kỳ, chính xác, dừng lại
một vị trí nào đó mà ta muốn. Một số ứng dụng của động cơ bước như: Máy
CNC, máy in, ổ cứng, ổ đĩa quang, robot,…
B. Cấu tạo của động cơ bước
Động cơ bước là một động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt
với đa số các động cơ điện thông thường. Chúng thật chất là một động cơ
không đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung
điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển
động rotor, có khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết.
Về cấu tạo, động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của hai loại động
cơ: Động cơ một chiều không tiếp xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất
nhỏ.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 8: Động cơ bước trong thực tế

Động cơ được dùng trong hệ thống vòng hở đơn giản, những hệ thống
này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tải trọng tĩnh.
C. Hoạt động
Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo
từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển. Chúng làm việc nhờ
các bộ chuyển mạch điện tử, đưa các tín hiệu điều khiển vào stator theo thứ
tự và một tần số nhất định.
Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như
chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số
chuyển đổi.
D. Một số loại động cơ bước

Hình 9: Động cơ biến từ trở
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 10: Động cơ đơn cực

Hình 11: Động cơ hai cực

Hình 12: Động cơ nhiều pha

Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc cách quấn
các cuộn dây trên stator.
Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại:
 Động cơ bước từ trở biến thiên.
 Động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
 Động cơ bước lai.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành hai
loại:
 Động cơ bước đơn cực.
 Động cơ bước lưỡng cực .

Hình 13: Các bộ phận cấu thành nên động cơ bước

E. Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước
Tín hiệu điều khiển động cơ bước là các xung rời rạc kế tiếp nhau,
việc điều khiển động cơ bước phụ thuộc vào các thông số sau của xung
điều khiển:
-

Dòng điện I, kể cả cực tính.
Độ rộng xung.
Tần số xung.
Cách thức cấp xung.

Tùy thuộc vào việc cấp xung điện, động cơ bước có 4 trạng thái
sau:


Trạng thái không hoạt động:
Khi không có cuộn dây nào được cấp điện:
- Đối với động cơ phản kháng, rotor sẽ quay trơn.
- Đối với động cơ vĩnh cửu và động cơ kiểu hỗn hợp, rotor có
xu hướng dừng ở các vị trí mà đường khép từ thông giữa các
cực của rotor và stator là nhỏ nhất.

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Trạng thái giữ:
- Khi một số cuộn dây pha được cấp điện một chiều, rotor mang



tải sẽ được giữ chặt ở vị trí góc bước nhất định do lực điện từ
tổng F sinh ra mômen giữ.
Trạng thái dịch chuyển bước:
- Rotor sẽ dịch chuyển từ vị trí bước đang được giữ sang vị trí
bước tiếp theo khi các cuộn dây pha được cấp dòng phù hợp.



Trạng thái quay quá giới hạn:
- Trong chế độ không tải, nếu xung điều khiển có tần số quá cao,
động cơ sẽ quay vượt tốc. Ở trạng thái này động cơ không thể
đảo chiều, không thể dừng đúng vị trí, nhưng vẫn tăng giảm
tốc từ từ. Muốn dừng và đảo chiều động cơ phải xuống dưới
tốc độ tới hạn để hoạt động trong chế độ bước.

3.1.2 Bộ truyền đai
Nội dung này được trích dẫn tham khảo từ [1]
A. Nguyên lý làm việc
Bộ truyền đai là bộ truyền ma sát gián tiếp nhờ vào ma sát sinh ra
giữa dây đai và bánh đai(dùng puly). Mà cơ năng được truyền từ bánh
chủ động sang bánh bị động.
Theo hình dáng và tiết diện đai có 4 loại:
- Đai dẹt: có tiết diện hình chữ nhật.
- Đai thang: có tiết diện hình thang.
- Đai tròn: tiết diện hình tròn.
- Đai răng: gồm nhiều gân ngang hình thang trên bề mặt tiếp
xúc với bánh đai răng.
Theo kiểu truyền động: truyền động theo hai trục song song cùng
chiều, ngược chiều, giữa hai trục chéo nhau.
B. Các phương pháp căng đai
SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Định kỳ điều chỉnh sức căng:
- Bánh đai chủ động được nối trên trục động cơ, lực căng đai
được điều chỉnh bằng vít đẩy động cơ trượt trên rãnh.



Tự động điều chỉnh lực căng:
- Lực căng đai luôn được giữ không đổi nhờ động cơ được treo
lên tấm lắc, vít có nhiệm vụ giữ và điều chỉnh động cơ.



Điều chỉnh lực căng theo tải trọng:
- Lực căng đai sẽ tự thay đổi theo sự thay đổi của tải trọng, vị trí
bánh căng: đặt bánh căng trên nhánh chùng, cách trục bánh nhỏ
một khoảng 1/3 khoảng cách trục.

C. Cơ sở tính toán thiết kế bộ truyền đai
 Lực tác dụng lên đai:
 Lực căng trên nhánh đai dẫn: F1 = F0 + ∆F
 Lực căng trên đánh đai bị dẫn: F2 = F0 - ∆F
Xét điều kiện cân bằng bánh đai dẫn:
 F1 - F2 = Ft
Ta có:
o F1 = F0 + Ft/2
o F2 = F0 - Ft/2

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

Hình 3.7: Mối quan hệ F1, F2, 𝛼, f
Xét điều kiện cân bằng một phân tố đai:
 F1 = Ft
 F2 = Ft
 F0 =

𝑒 𝑓.𝛼
𝑒 𝑓.𝛼 −1
1
𝑒 𝑓.𝛼 −1

𝐹𝑡 𝑒 𝑓.𝛼 +1
2 𝑒 𝑓.𝛼 −1

Như vậy nếu tăng góc ôm 𝛼 và hệ số ma sát f lên thì sẽ tăng khả
năng tải của bộ truyền, bằng biện pháp:
- Tăng 𝛼: dùng bánh căng đai
- Tăng f: dùng đai thang
 Ứng suất trên đai:
- Ứng suất kéo: do các lực F0, F1, F2, Fv
- Ứng suất uốn: khi đai bị uốn qua các bánh đai
- Ứng suất do lực căng ban đầu: 𝜎0 =

𝐹0
𝐴

- Ứng suất do lực căng trên nhánh dẫn: 𝜎1 =

𝐹1
𝐴

- Ứng suất do lực căng trên nhánh bị dẫn: 𝜎2 =
- Ứng suất do lực căng phụ: 𝜎𝑣 =
- Ứng suất uốn: 𝜎𝑢 = 𝐸

𝐹2
𝐴

𝐹𝑣
𝐴

𝛿
𝑑

Khi bộ truyền làm việc, ứng suất trong đai thay đổi nên đai hỏng
do mỏi.
Ứng suất lớn nhất trong đai: 𝜎𝑚𝑎𝑥 = 𝜎1 + 𝜎𝑢1


Sự trượt:
 Trượt đàn hồi: xảy ra giữa đai và bánh đai khi truyền tải trọng do
biến dạng đàn hồi khác nhau trên các nhánh đai gây nên. Khi đai
vòng qua bánh đai dẫn độ giãn dài đai giảm, khi đai vòng qua bánh
đai bị dẫn thì độ giãn dài đai tăng

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Ts. Nguyễn Văn Nhanh

 Trượt trơn: trượt trơn từng phần và trượt trơn toàn phần


Vận tốc và tỉ số truyền:



Vận tốc:



 Bánh đai dẫn:

v1 =

𝜋.𝑑1 . 𝑛1

 Bánh đai bị dẫn:

v2 =

𝜋.𝑑2 .𝑛2

60000
60000

(m/s)
(m/s)

Tỉ số truyền:
 u=

𝑛1
𝑛2

D. Chỉ tiêu tính toán bộ truyền đai


Các dạng hỏng:
- Đứt đai do mỏi.
- Nóng do ma sát.
- Hiện tượng trượt trơn.



Chỉ tiêu tính toán:
- Tính theo khả năng kéo.
- Tính đai theo độ bền lâu.



Tính đai theo khả năng kéo:
 Theo điều kiện và hệ số để đai không bị trượt trơn: 𝜑 ≤ 𝜑0 tính 𝜎𝑡
≤ 2𝜎0𝜑0



Tính đai theo độ bền lâu:
 u=

𝑣
𝐿

≤ 𝑢𝑚𝑎𝑥 , 𝑢𝑚𝑎𝑥 = 3÷10

SVTH: Huỳnh Trọng Nghĩa

25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×